(57)【要約】本発明は、物体（１１０）によって作り出される光照射野を測定するための、特に、電界(2019510214.tif 000121，2019510214.tif 000122)の決定、特に、電界(2019510214.tif 000123，2019510214.tif 000124)の位相(2019510214.tif 000125，2019510214.tif 000126)若しくは位相(2019510214.tif 000127，2019510214.tif 000128)、及び、電界(2019510214.tif 000129，2019510214.tif 000130)の強度若しくは絶対値の決定のための三次元インターフェロメータ（１００）に関し、第１光ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第１インターフェロメータアーム（１５０）と、第２光ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第２インターフェロメータアーム（１５２）と、物体（１１０）の物点（１１２）と第１インターフェロメータアーム（１５０）及び第２インターフェロメータアーム（１５２）との間に配置されたビームスプリッタ（１０１）であって、物点（１１２）から発する光ビームをビームスプリッタ（１０１）で第１光ビームと第２光ビームとに分割するように構成されているビームスプリッタ（１０１）と、第１インターフェロメータアーム（１５０）と第２インターフェロメータアーム（１５２）の後に位置し、第１光ビームと第２光ビームがその干渉域（１３２）内で干渉するように構成されている検出面（１３１）または検出表面と、検出面（１３１）と第１インターフェロメータアーム（１５０）及び第２インターフェロメータアーム（１５２）との間に位置するオーバーラップ装置（１０６）とを有し、物体（１１０）の物点（１１２）に対しては、物点（１１２）から発し、ビームスプリッタ（１０１）で第１中心光線（１２０）と第２中心光線（１２１）とに分割される正確に１つの中心光線（１１４）が存在するように、ビームスプリッタ（１０１）、第１インターフェロメータアーム（１５０）、第２インターフェロメータアーム（１５２）、オーバーラップ装置（１０６）及び検出面（１３１）が構成または調整可能であり、特にそのように構成可能であり、中心光線（１１４）は光ビームの一部であり、第１中心光線（１２０）は第１光ビームの一部であり、第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜け、第２中心光線（１２１）は第２光ビームの一部であり、第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜け、第１中心光線（１２０）と第２中心光線（１２１）は検出面（１３１）上の干渉域（１３２）内の中心像点（１３３）でオーバーラップし、物体（１１０）の物点（１１２）から発し、光ビームの一部ではあるが、中心光線（１１４）ではない各光線（１１５）について、ビームスプリッタ（１０１）で光線（１１５）から分割されて、検出面（１３１）の異なる点（１３４、１３５）に衝突する、第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜ける第１光線（１２５）と第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜ける第２光線（１２６）とが存在し、中心像点（１３３）ではない干渉域（１３２）の各像点（１３４）について、物点（１１２）から発し、中心光線（１１４）ではなく、第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜け、検出面（１３１）上の前記像点（１３４）に衝突する第３光線（１１６）が正確に存在すると共に、物点（１１２）から発し、ビームスプリッタの前では第３光線（１１６）ではなく、中心光線（１１４）ではなく、第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜け、検出面（１３１）上の像点（１３４）で第３光線（１１６）とオーバーラップする第４光線（１１７）が正確に存在し、ビームスプリッタ（１０１）の前の第３光線（１１６）と第４光線（１１７）は光ビームの一部である、三次元インターフェロメータ（１００）に関する。  さらに、本発明は、本発明に係るインターフェロメータを使用した場合に、少なくとも１つの像点（１３４）における、特に、検出面（１３１）の、すなわち、少なくとも１つの像点（１３４）で干渉する第１電界(2019510214.tif 000131)と第２電界(2019510214.tif 000132)間の干渉域（１３２）のピクセルグリッド(i, j)の１点またはピクセルにおける位相差(2019510214.tif 000133)を決定する方法であって、第１電界(2019510214.tif 000134)は第１インターフェロメータアーム（１５２）に由来し、第２電界(2019510214.tif 000135)は第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する、方法に関する。  さらに、本発明は、三次元インターフェロメータ（１００）の、特に、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）の検出面（１３１）上の干渉域（１３２）の一部において電界(2019510214.tif 000136，2019510214.tif 000137)の位相を決定する方法であって、以下のステップを、すなわち、干渉域（１３２）の一部について、第１インターフェロメータアーム（１５０）に由来する第１電界(2019510214.tif 000138)と第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する第２電界(2019510214.tif 000139)の強度または絶対値を決定するステップと、干渉域（１３２）の当該部分について、特に請求項１１に記載の方法を利用して、式中、2019510214.tif 000140は、決定することができる第１電界(2019510214.tif 000141)の位相(2019510214.tif 000142)と第２電界(2019510214.tif 000143)の位相(2019510214.tif 000144)間の位相差である方程式（Ａ）に従って干渉項(IF)を測定するステップと、伝搬行列Ｕを決定するステップであって、ライリー・ゾンマーフェルト伝搬公式を使用することができ、前記伝搬行列Ｕの成分が、前記干渉域の所与のピクセルグリッドについて、どのようにして添字i及びjを付けたピクセルにおける第１電界2019510214.tif 000145を、添字m及びnを付けたピクセルにおける第２電界2019510214.tif 000146に変換するのかを述べているステップと、干渉域（１３２）の当該部分について、複素の第１電界(2019510214.tif 000147)の後において方程式（Ｂ）を解くステップとを有する、方法に関する。【数１】2019510214.tif 000148 【数２】2019510214.tif 000149   さらに、本発明は、２つの前記方法を実行するためのコンピュータプログラムとコンピュータプログラム製品に関する。【選択図】図１
2019510214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１１０）によって作り出される光照射野を測定するための、特に、電界(
2019510214.tif 000073
，
2019510214.tif 000074
)の決定、特に、電界(
2019510214.tif 000075
，
2019510214.tif 000076
)の位相(
2019510214.tif 000077
，
2019510214.tif 000078
)若しくは位相(
2019510214.tif 000079
，
2019510214.tif 000080
)、及び、電界(
2019510214.tif 000081
，
2019510214.tif 000082
)の強度若しくは絶対値の決定のための三次元インターフェロメータ（１００）であって、
第１ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第１インターフェロメータアーム（１５０）と、
第２ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第２インターフェロメータアーム（１５２）と、
前記物体（１１０）の物点（１１２）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に配置されたビームスプリッタ（１０１）であって、前記物点（１１２）から発する光ビームを前記ビームスプリッタ（１０１）で第１光ビームと第２光ビームとに分割するように構成されている前記ビームスプリッタ（１０１）と、
前記第１インターフェロメータアーム（１５０）と前記第２インターフェロメータアーム（１５２）の後に位置し、前記第１光ビームと前記第２光ビームがその干渉域（１３２）内で干渉するように構成されている検出面（１３１）または検出表面と、
前記検出面（１３１）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に位置するオーバーラップ装置（１０６）と、
を備え、
前記ビームスプリッタ（１０１）、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）、前記オーバーラップ装置（１０６）及び前記検出面（１３１）は、以下の(i)〜(iii)の条件、すなわち、
(i) 前記物体（１１０）の物点（１１２）に対して、物点（１１２）から発し、前記ビームスプリッタ（１０１）で第１中心光線（１２０）と第２中心光線（１２１）とに分割される正確に１つの中心光線（１１４）が存在し、
前記中心光線（１１４）は前記光ビームの一部であり、前記第１中心光線（１２０）は前記第１光ビームの一部であり、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜け、前記第２中心光線（１２１）は前記第２光ビームの一部であり、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜け、
前記第１中心光線（１２０）と前記第２中心光線（１２１）は前記検出面（１３１）上の前記干渉域（１３２）内の中心像点（１３３）でオーバーラップすること、
(ii) 前記物体（１１０）の前記物点（１１２）を離れ、前記光ビームの一部ではあるが前記中心光線（１１４）ではない各光線（１１５）について、前記ビームスプリッタ（１０１）で前記光線から分割されて、前記検出面（１３１）の異なる点（１３４、１３５）に衝突する、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜ける第１光線（１２５）と、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜ける第２光線（１２６）と、が存在すること、および、
(iii) 前記中心像点（１３３）ではない前記干渉域（１３２）の各像点（１３４）について、前記物点（１１２）から発し、前記中心光線（１１４）ではない第３光線（１１６）であって、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜け、前記検出面（１３１）上の前記像点（１３４）に衝突する前記第３光線（１１６）が正確に存在するとともに、
前記物点（１１２）から発し、前記ビームスプリッタの前では前記第３光線（１１６）ではなく、前記中心光線（１１４）ではない第４光線（１１７）であって、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜け、前記検出面（１３１）上の前記像点（１３４）で前記第３光線（１１６）とオーバーラップする前記第４光線（１１７）が正確に存在し、
前記ビームスプリッタ（１０１）の前の前記第３光線（１１６）と前記第４光線（１１７）は前記光ビームの一部であること、
を充足するようにして構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である、
三次元インターフェロメータ（１００）。
【請求項２】
２つの干渉光線間の位相差(Ψ)、及び／又は、前記検出面（１３１）の前記干渉域（１３２）のすくなくとも像点（１３４）の１つに衝突する光線の位相(Φ)を測定するように構成された評価ユニット、をさらに備えた、
請求項１に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項３】
媒体内に記憶され、コンピュータに挿入可能で、請求項１２に記載の方法を実行可能である、及び／又は、
少なくとも１つの像点（１３４）における位相差(
2019510214.tif 000083
)、特に、検出面（１３１）の１点またはピクセル、すなわち、少なくとも１つの像点（１３４）で干渉する第１電界(
2019510214.tif 000084
)と第２電界(
2019510214.tif 000085
)間の干渉域（１３２）のピクセルグリッド(i, j)の１点またはピクセルにおける位相差(
2019510214.tif 000086
)を決定する方法であって、前記第１電界(
2019510214.tif 000087
)は第１インターフェロメータアーム（１５２）に由来し、前記第２電界(
2019510214.tif 000088
)は第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する当該方法を実行可能であるコンピュータ可読プログラム手段を含むコンピュータプログラム製品、をさらに備えた、
請求項１または２に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項４】
前記検出面（１３１）に検出器（１３０）、をさらに備えた、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項５】
前記ビームスプリッタ（１０１）と前記オーバーラップ装置（１０６）の間の前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び／又は前記第２インターフェロメータアーム（１５２）は、少なくとも１つの光線偏向素子（１７１、１７２、１８１、１８２）を有する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項６】
前記ビームスプリッタ（１０１）の前では前記中心光線（１１４）であり、前記ビームスプリッタ（１０１）の後では前記第１中心光線（１２０）である第５光線であって、前記ビームスプリッタ（１０１）の直前の点と前記オーバーラップ装置（１０６）の直後の点の間でのみ考慮される前記第５光線と、
前記ビームスプリッタ（１０１）の前では前記中心光線であり、前記ビームスプリッタ（１０１）の後では前記第２中心光線（１２１）である第６光線であって、前記ビームスプリッタ（１０１）の直前の点と前記オーバーラップ装置（１０６）の直後の点の間でのみ考慮される前記第６光線と、
に対する光線偏向の合計が５、６または７回に等しくなるように、前記ビームスプリッタ（１０１）、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）、前記オーバーラップ装置（１０６）及び前記検出面（１３１）は構成または調整可能であり、好ましくは、そのように構成されている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項７】
前記ビームスプリッタ（１０１）の直後において前記第１中心光線（１２０）と前記第２中心光線（１２１）によって画定される入射面（１５４）と、前記オーバーラップ装置（１０６）の直前において前記第１中心光線（１２０）と前記第２中心光線（１２１）によって画定される出口面（１５５）とが等しくない、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項８】
前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び／又は前記第２インターフェロメータアーム（１５２）は、対応するインターフェロメータアーム（１５０、１５２）の光路を変える装置を有する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項９】
前記第１光ビームから発する前記検出面上の既存の第１光照射野及び前記第２光ビームから発する前記検出面上の既存の第２光照射野の相対変位、相対伸縮、相対傾斜及び／又は相対回転のための装置をさらに備えた、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項１０】
ホログラフィックカメラとしての請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータの使用。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）を使用することによって、少なくとも１つの像点（１３４）における位相差(
2019510214.tif 000089
)、特に、検出面（１３１）の１点またはピクセル、すなわち、少なくとも１つの像点（１３４）で干渉する第１電界(
2019510214.tif 000090
)と第２電界(
2019510214.tif 000091
)間の干渉域（１３２）のピクセルグリッド(i, j)の１点またはピクセルにおける位相差(
2019510214.tif 000092
)を決定する方法であって、前記第１電界(
2019510214.tif 000093
)は第１インターフェロメータアーム（１５２）に由来し、前記第２電界(
2019510214.tif 000094
)は第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する、方法。
【請求項１２】
三次元インターフェロメータ（１００）の、特に、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）の検出面（１３１）上の干渉域（１３２）の一部において電界(
2019510214.tif 000095
，
2019510214.tif 000096
)の位相を決定する方法であって、
前記干渉域（１３２）の一部分について、第１インターフェロメータアーム（１５０）に由来する第１電界(
2019510214.tif 000097
)と、第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する第２電界(
2019510214.tif 000098
)と、の強度または絶対値を決定するステップと、
前記干渉域（１３２）の前記部分について、方程式（Ａ）に従って干渉項(IF)を決定するステップと、
伝搬行列Ｕを決定するステップであって、ライリー・ゾンマーフェルト伝搬公式を使用可能であり、前記伝搬行列Ｕの成分が、前記干渉域の所与のピクセルグリッドについて、どのように添字i及びjを付けたピクセルにおける前記第１電界
2019510214.tif 000099
を、添字m及びnを付けたピクセルにおける前記第２電界
2019510214.tif 000100
に変換できるのかを示している、前記伝搬行列Ｕを決定するステップと、
前記干渉域（１３２）の前記部分について、複素数の前記第１電界(
2019510214.tif 000101
)の後において方程式（Ｂ）を解くステップと、
を有する方法。
【数１】
2019510214.tif 000102
【数２】
2019510214.tif 000103
式（Ａ）において、
2019510214.tif 000104
は、特に請求項１１に記載の方法を利用して決定可能な前記第１電界(
2019510214.tif 000105
)の位相(
2019510214.tif 000106
)と前記第２電界(
2019510214.tif 000107
)の位相(
2019510214.tif 000108
)の位相差である。
【請求項１３】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータにロードされた場合は、請求項１１または１２に記載の方法に対応する各ステップの実行に適合されているコード部分を含むコンピュータプログラム。
【請求項１４】
コンピュータに挿入可能な媒体内に格納されるコンピュータプログラム製品であって、請求項１１または１２に記載の方法をコンピュータが実行することを可能にするコンピュータ可読プログラム手段を含む、
コンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
物体（１１０）によって作り出される光照射野を測定するための、特に、電界(
2019510214.tif 000109
，
2019510214.tif 000110
)の決定、特に、電界(
2019510214.tif 000111
，
2019510214.tif 000112
)の位相(
2019510214.tif 000113
，
2019510214.tif 000114
)若しくは位相(
2019510214.tif 000115
，
2019510214.tif 000116
)、及び、電界(
2019510214.tif 000117
，
2019510214.tif 000118
)の強度若しくは絶対値の決定のための三次元インターフェロメータ（１００）であって、
第１ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第１インターフェロメータアーム（１５０）と、
第２ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第２インターフェロメータアーム（１５２）と、
前記物体（１１０）の物点（１１２）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に配置されたビームスプリッタ（１０１）であって、前記物点（１１２）から発する光ビームを前記ビームスプリッタ（１０１）で第１光ビームと第２光ビームとに分割するように構成されている前記ビームスプリッタ（１０１）と、
前記第１インターフェロメータアーム（１５０）と前記第２インターフェロメータアーム（１５２）の後に位置し、前記第１光ビームと前記第２光ビームがその干渉域（１３２）内で干渉するように構成されている検出面（１３１）または、検出表面と、
前記検出面（１３１）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に位置するオーバーラップ装置（１０６）と、
を備え、
前記ビームスプリッタ（１０１）、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）、前記オーバーラップ装置（１０６）及び前記検出面（１３１）は、
前記第１光ビームに由来する前記検出面（１３１）上の前記干渉域（１３２）の部分領域における第１電界(
2019510214.tif 000119
)と、前記第２光ビームに由来する前記検出面（１３１）上の第２電界(
2019510214.tif 000120
)とが、投影マッピング(Ｐ)によって相互に転送可能であり、前記オーバーラップ領域（１３２）内での前記投影マッピング(Ｐ)は、中心像点（１３３）として示される正確に１つの固定点を有するようにして、構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である、
三次元インターフェロメータ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元インターフェロメータ、三次元インターフェロメータの干渉域内の少なくとも１点において位相差を決定する方法、三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも一部において電界の位相を決定する方法、ならびに、前記方法を実施するためのコンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターフェロメータはその空間的配置によって区別することができる。マッハ・ツェンダー、ミケルソンまたはサニャックのような通常のインターフェロメータは二次元インターフェロメータである。二次元インターフェロメータと三次元インターフェロメータとの境界については、概要部に示してある。
【０００３】
ホログラフィーも先行技術においては周知である。ホログラフィーは干渉技術であり、波面の振幅及び位相情報を保存、再構築及び測定することを可能にする。この技術の適用成果はホログラムと呼ばれる。デジタルホログラフィーにおいて、ホログラムはデジタル保存される。ホログラフィックカメラが、ホログラムを記録する装置である。既存のアプリケーションの枠組み内で、ホログラフィックカメラは、入射場、特に光照射野についての位相または位相と振幅を測定する装置であると理解されている。
【０００４】
光照射野の振幅及び位相の測定に使用されるホログラフィー測定システムも先行技術においては周知である。ホログラフィーの通常の構造は、光源と、光をレファレンス光線とオブジェクト光線とに分割するビームスプリッタからなり、オブジェクト光線は測定すべき物体に向けられ、反射／散乱され、レファレンス光線と干渉させられる。この技術の必須条件は実物体が存在すること、つまり、撮像すべき物体は仮想物体であってはならない、ということである。
【０００５】
局所位相測定のもう１つの例が、特殊タイプのミケルソン・インターフェロメータであるトワイマン・グリーン・インターフェロメータである。トワイマン・グリーン・インターフェロメータは、インターフェロメータのアームの一方が、例えば、レンズ、プリズムまたは表面のような、検査すべき物体を含んでいる二次元インターフェロメータである。そのため、局所測定は入力フィールドではなく、インターフェロメータの１つの特性に関連するものとなる。それゆえ、この場合に、入力フィールドの局所測定が行われることはない。インターフェログラムは、検査すべき物体の空間的表面特性に関する情報を含んでいる。検査すべき物体がインターフェロメータの一部であることが特徴的である。機能の代替的な考察においては、検査すべき物体にコヒーレント光が反射し、ミケルソン・インターフェロメータの他方のアームによって発生させられるテスト光線と干渉させられる。この説明における検査すべき物体もインターフェロメータ構造の一部であり、従って、機械的安定性、無塵性及び一般的再現性という厳密な判定基準を満たさねばならない。従って、トワイマン・グリーン・インターフェロメータは入力フィールドの局所位相測定用のインターフェロメータではない。
【０００６】
トワイマン・グリーン・インターフェロメータは、レファレンス光線を発生させるためにミケルソン・インターフェロメータのアームの一方を使用するホログラフィック測定システムであると理解することができる。レファレンス光線とオブジェクト光線とのオーバーラップは、トワイマン・グリーン・インターフェロメータにおいては、オブジェクト光線とレファレンス光線への分割にも使用されたものと同一のビームスプリッタによって行われる。
【０００７】
トワイマン・グリーン・インターフェロメータ及びホログラフィック測定システムはいずれもレファレンス光線を使用している。レファレンス光線は、物体に達する前に光を光源から分離することが可能であることを前提としている。従って、光源、物体及び測定装置の空間的配置を適切に行わねばならない−そうしなければ、測定ができない。この種のレファレンス光線の供給(provision)は外部レファレンス光線供給と呼ばれる。
【０００８】
三次元インターフェロメータが、後に公開された書類整理記号番号DE 10 2014 111 979.7独特許出願書から周知であり、この場合、装置の方向に物点から発する光線は、撮像すべき物体の各物点についてのその波動ベクトルが測定される。ここで使用される方法は、異なる物点からの光は相互にインコヒーレントであること、すなわち、異なる物点からの光の間には干渉は存在せず、従って、同じ物点から発する異なる光線間にしかコヒーレントは存在しないことを前提としている。それによって、波面を測定せずに、あるいは比較可能な数量の測定をせずに、個々の物点の局所位置の空間的角度が測定される。その理由は、インコヒーレント源（物点）のオーバーラップが、明確な局所位相を有しておらず、従って、波面も有していない照射野を作り出すことにある。ここでは、波面は、照射野において同じ位相位置を有する物点であると理解される。従って、この装置は、波面の干渉解析には、またはホログラフィックカメラとしては不向きである。DE 10 2014 111 979.7に開示されたインターフェロメータは評価ユニットもコンピュータプログラム製品も有していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、三次元インターフェロメータ、または入射波の局所位相の干渉決定を可能にする三次元装置を示すことにある。この場合、この決定は高解像度で行われる。
【００１０】
三次元インターフェロメータは、簡単で、特にコンパクトな構造によってこの課題を解決するものである。当該インターフェロメータは、その製造における費用効果も高いものとなる。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも１点に対して三次元インターフェロメータを使用することによって、第１干渉アームから発生する第１電界と第１干渉アームから発生する第２電界間の位相差を決定する方法を示すことにある。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、三次元インターフェロメータの使用によって、三次元インターフェロメータの干渉域の一部における電界の位相を決定する方法を示すことにある。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも１点に対して三次元インターフェロメータを使用することによって、干渉項の振幅、または、第１または第２インターフェロメータアームを通過する光照射野から発生する第１または第２電界の振幅を決定する方法を示すことにある。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、前記方法を実施するためのコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラム製品である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、物体によって作り出される光照射野の測定用の三次元インターフェロメータによって達成される。
【００１６】
以下の記述の三次元インターフェロメータを正確に物理的に記述するためには、例えば、ホイヘンス、レイリーまたはゾンマーフェルトの回折公式のような、一般的物理方程式に従ってインターフェロメータ上に伝搬する入射光照射野または電界を、インターフェロメータを通して、すなわち、第１インターフェロメータアーム及び第２インターフェロメータアームの双方を通して、検出面まで伝搬させて、検出面上における光照射野及び電界の重畳を計算することが必要である。しかし、幾何学的近似の光照射野を満足する光照射野によって本発明に係るインターフェロメータを特徴付けることが可能である。
【００１７】
光線光学とも呼ばれる幾何光学は、光の波長が無限に短い場合の波動光学における限定事例として数学的に理解されたい。この近似が本事例において適用されるのは、使用波長が、インターフェロメータでの使用コンポーネントの寸法に対して短い場合である。
【００１８】
あらゆる物点には中心ビームが存在している。しかし、本発明に係るインターフェロメータは主請求項では単一の中心光線に基づいて特徴付けられている。中心光線は物点及び検出面の選択に依存している。
【００１９】
インターフェロメータは、物体によって作り出される光照射野を測定する役割を果たす。これが特に意味するところは、電界の少なくとも１つの数量が決定されることにある。ここでは、電界の位相が主たる焦点である。しかし、電界の位相及び強度または振幅も決定することができる。インターフェロメータは、電界の位相であれ、位相及び強度であれ、電界の数量の決定に特に適している。電界または相対強度は、ここでは、すなわち、指定数量との比較によって決定することができる。この場合、電界または強度の絶対値は未知である。好ましくは電界の絶対値または強度の決定を行う。
【００２０】
波面は、波の伝搬中に同じ位相を有する物点であると理解することができる。用語「波面を測定する」は、ここでは、平面上における位相の測定の同義語として使用することができ、かかる平面にとって同じ位相の物点は無意味になるので、平面は伝搬方向に対して共線的であってはならない。
【００２１】
インターフェロメータは第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、ビームスプリッタ、検出面及びオーバーラップ装置を有する。
【００２２】
測定すべき光照射野の光は、少なくともある程度、または部分的にコヒーレントである。光は特に好ましくはコヒーレント光である。
【００２３】
用語「部分コヒーレント光」は、選択された測定状況に関連して理解されるべきである。当該状況は、オーバーラップする全ての波フラクションが相互にコヒーレントであるコヒーレント光の場合、すなわち、一時的に固定される相対的位相位置が存在する場合を意味する。部分コヒーレント光の場合、相互に一時的に固定される位相関係を有していないオーバーラップが存在する。これが起こるのは、干渉フィールドの光路長の差がコヒーレンス長よりも長い場合である。インターフェロメータのアーム間の光路長の差の変化のために、２つのオーバーラップ干渉フィールドをコヒーレンス域内にある程度移動させることが可能である。
【００２４】
波面は特定のインターフェロメータ構造においてはコヒーレント光照射野であるとまだ見なすことができるが、異なるインターフェロメータ構造においては部分的コヒーレント光源であると見なさなければならないことは事実である。この目的のためのインターフェロメータ構造の独自の相違点は、２つのインターフェロメータアーム間の光路長の差が光源のコヒーレンス長よりも長いか短いかである。コヒーレンス長は光源または光照射野の特性である。
【００２５】
基準点のビーム光線について測定されるような、本発明に係るインターフェロメータセットアップにおいて生じる光路長の差は，好ましくは入射光照射野のコヒーレンス長よりも短い。
【００２６】
第１インターフェロメータアームは、第１ビームが内部を通過するように構成または調整することができる。第２インターフェロメータアームは、第２ビームが内部を通過するようにセットアップまたは調整することができる。好ましくは、第１インターフェロメータアームは、第１ビームが内部を通り抜けるようにセットアップされる。好ましくは、第２インターフェロメータアームは、第２ビームが内部を通り抜けるようにセットアップされる。この場合、ビームがインターフェロメータアームまたは装置を通り抜けるという表現は、好ましくは、ビーム光線が障害物によって遮断またはビネットされないものと理解される。好ましくは、インターフェロメータ内でビームがビネットされることはない。ここでの使用用語「ビーム」は、主請求項の意味の範囲内でのインターフェロメータの記述方法に関連している。ビームは、本願で以降に本発明に係る方法との関連で記述されているように、インターフェロメータでの実際の使用ビームと全く同様に、一般的には障害物によって遮断またはビネットすることもできる。
【００２７】
好ましくは、ビームスプリッタとオーバーラップ装置間の第２インターフェロメータアームは各点において第１インターフェロメータアームとは異なる。
【００２８】
ビームスプリッタは、一方では物体の物点と、他方では第１インターフェロメータアームと第２インターフェロメータアーム間に配置されている。この場合、ビームスプリッタは、物点を離れるビームがビームスプリッタで第１ビームと第２ビームとに分割されるように構成されている。ビームスプリッタは、物体からの光照射野または物点からのビームを２つの光照射野またはビームに分割し、この２つの光照射野またはビームは２つのインターフェロメータアームを通り抜け、オーバーラップ装置において一体化されて、検出面の干渉域において干渉する。光照射野はインターフェロメータ内で振幅分割によって測定される。中心光線に関連する波面分割は行われない。
【００２９】
ビームスプリッタは、回折光学素子(ＤＯＥ)、特に、グリッドを有することも、当該物からなることもできる。もしＤＯＥへの入射光線が一次またはマイナス一次に回折され、ゼロ次が事実上抑制されるか、使用されない場合は、ＤＯＥは例えばビームスプリッタの機能を果たすことができる。好ましくは、ここでは、一次またはマイナス一次における強度はほぼ等しい。
【００３０】
干渉測定をするために、２つのインターフェロメータアーム間の光路長の差は、使用ビームの対応コヒーレンス長よりも小さくなければならない。
【００３１】
「光路長」は、光線が辿る光路に沿った屈折率の積分として理解される。もしこの光路に沿った屈折率が一定の場合は、光路長は辿られる光路の屈折率と距離の積に等しい。
【００３２】
物体は実物体または仮想物体のいずれかでもありえる。
【００３３】
物点は物体のあらゆる点とすることができる。主請求項に記載の本発明に係るインターフェロメータを記述するために、基準点とも呼ばれる特定の物点が一般性を失うことなく選択される。基準点は、視野内に、好ましくは、視野の中心に位置するように選択される。
【００３４】
検出面は第１インターフェロメータアーム及び第２インターフェロメータアームに応じて配置される。検出面は、第１ビームと第２ビームが干渉域内で干渉するように構成または調整され、好ましくは、構成されるものとする。この場合、干渉域は検出面の部分領域である。好ましくは、干渉域は検出面と同一にすることもできる。好ましくは、第１ビームによる照射検出面の領域と第２ビームによる照射検出面の領域とのオーバーラップは可能な限り大きい。好ましくは、第１ビームによる照射領域と第２ビームによる照射領域とは同一である。検出面上の２つのビームのオーバーラップが大きければ大きいほど、２つのビームの干渉に関して得られる情報が多くなる。
【００３５】
干渉域は、第１ビームと第２ビームがオーバーラップする検出面の領域である。従って、検出面には、第１ビームは衝突するが、第２ビームは衝突しない領域が存在し、検出面には、第２ビームは衝突するが、第１ビームは衝突しない別の領域が存在する。
【００３６】
好ましくは、検出面は平面である。しかし、検出面の代わりに、別の実施形態に記載の検出表面−平面ではなく、湾曲している表面−を使用することができる。
【００３７】
オーバーラップ装置は、検出面と、第１インターフェロメータアームと第２インターフェロメータアーム間に配置されている。
【００３８】
好ましくは、ビームスプリッタとオーバーラップ装置は機器の２つの別々のアイテムである。
【００３９】
オーバーラップ装置はビームスプリッタの反転ではない。このことは、ビームスプリッタに当たる入射光線はビームスプリッタの直後で２つの光線に分割されるが、しかし、オーバーラップ装置に入射する２つの光線は一般的には一体化して、オーバーラップ装置の直後で単一の光線を形成することから分かる。むしろ、オーバーラップ装置は、２つの入射光線を、より一般的に言えば、光照射野またはビームを偏向させて、検出面の干渉域内で干渉させるという目的を有する。
【００４０】
一般的には、オーバーラップ装置に当たる２つの光線がオーバーラップ装置の直後に単一の光線を形成することはないと言われてきた。しかし、中心物点が中心光線を発する場合は例外である。もし検出面に当たる光ビームの均等性が実現する物点の位置が存在する場合は、この物点は中心物点と呼ばれる。中心物点は一意的であることを示すことができる。しかし、中心物点は本発明に係るインターフェロメータの視野内に位置する必要はない。中心物点は、この物点から発する中心光線が、オーバーラップ装置の後では、同じ伝搬方向を有する、すなわち、重畳する第１と第２中心光線を作り出す物点であると定義される。
【００４１】
オーバーラップ装置は例えばＤＯＥを有することができる。この場合、ＤＯＥは通常の光線誘導とは逆に使用することができる。例えば、一次及びマイナス一次回折を、一体化すべき２つの光線として使用することができ、一般的な入射光線を一体化出口光線として使用することができる。しかし、この場合、ビームスプリッタとオーバーラップ装置との非対称のために、ビームスプリッタとオーバーラップ装置は一般的には同じＤＯＥを使用できないことに留意しなければならない。
【００４２】
ビームは、本願においては、−幾何光学に従って−１点、特に物点から発する多数の光線であると理解すべきである。好ましくは、この点から見たビームは、５°未満の小さな開口角度を有する。さらなる好ましい開口角度は２°、１°、０．５°及び０．１°である。
【００４３】
この定義が適用されるのは、主請求項に記載及び代替態様に記載のインターフェロメータの記述に適用すべきビームに限られる。
【００４４】
主請求項の説明のために、選択点、例えば、基準点から発生し、選択物点で検出面に当たるようなビームだけを考慮に入れるものとする。これは制約となるものではない。これが常に適用されるように、制約のない基準点及び十分に小さい光ビームを選択することができる。例えば、物点から発するビームが、結像誤差のために、伝搬または光線偏向素子での反射後には、ビーム光線が、１点から発するという特性をもはや有していないことに留意すべきである。これにかかわらず、全体としてのこれらの光線はビームと呼ぶべきである。
【００４５】
それに加えて、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面は、以下の条件を満たすように構成可能または調整可能であるものとし、好ましくは、そのように構成されるものとする。以下のこれらの条件は、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面の相互位置決めにとっての制約である。これが意味するのは、以下の条件の各々が機器の特徴ということである。
【００４６】
第１条件は、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面が、以下で述べるように構成または調整することができ、好ましくは、そのように構成されている、ということである。すなわち、物点から発生し、ビームスプリッタで第１中心光線と第２中心光線とに分割される物体の物点に関連する中心光線が正確に１つだけ存在し、中心光線はビームの一部であり、第１中心光線は第１ビームの一部であり、第１インターフェロメータアームを通り抜け、第２中心光線は第２ビームの一部であり、第２インターフェロメータアームを通り抜け、第１中心光線と第２中心光線は検出面上の干渉域内の中心像点でオーバーラップする。
【００４７】
所与の物点及び所与の検出面位置内では、この物点から発する各ビームは、以下のようにして発見することができる明確に定義された中心光線を有する。すなわち、第１ビームスプリッタで第１中心光線と第２中心光線とに分割されるビーム光線を探し、両中心光線はオーバーラップ装置の後の検出面上の干渉域内の１点でオーバーラップする。
【００４８】
用語「２つの光線のオーバーラップ」は、２つの光線が共通の点で同時発生する場合にオーバーラップすることであると定義されるが、しかし、個々の光線の方向は同一である必要はないが、同一とすることができる。従って、それらの方向は２つの光線のオーバーラップにおいては関連性がないと言うこともできる。用語「２つの光線の重畳」は、２つの光線は共通の点を通過し、個別の伝搬方向はこの共通の点では同一であるという点において、オーバーラップの特殊ケースである。この結果として、２つの相互に重畳する光線もオーバーラップすることになる。しかし、２つの相互にオーバーラップする光線があらゆる場合に同時に重畳することにはならない。
【００４９】
中心光線、及び、従って、中心像点は実験的に以下のようにして発見することができる。構造のために選択された物点がビームを送出するというのが、初期状況である。物点と両インターフェロメータアーム間の光線通路内の可動アパーチャ、例えば、ピンホールアパーチャ（または同等の光学「マーク」、「障害物」、「スクリーン」）によって、このビームは部分ビームに制限される。部分ビームは、第１インターフェロメータアーム及び第２インターフェロメータアームを通って、検出面を部分照明する、すなわち、非制限ビームのオーバーラップ域内で照明を制限する。もし制限ビームが中心光線をまだ含んでいる場合は、制限にもかかわらず−まだオーバーラップが存在する。もし制限ビームが中心光線をもはや含んでいない場合は、アパーチャで生じうる回折効果を無視すれば、部分ビームのオーバーラップはもはや存在しない。アパーチャをさらに動かすことによって、アパーチャ内に中心光線を受け取ることが可能になり、オーバーラップが生じる。これが意味するのは、中心光線及び中心像点の位置が実験的に決定されることである。
【００５０】
中心光線の位置は選択した物点に依存していることを再度強調せねばならない。物点の選択が独創的なインターフェロメータの明確な特徴付けをもたらすことを強調しておく。物点の選択が異なる場合は、本発明に記載のインターフェロメータの明確な特徴付けも異なるものになる。
【００５１】
以下では、二次元インターフェロメータは三次元インターフェロメータとは区別すべきである。２つのインターフェロメータアームを備えるインターフェロメータを考慮の対象とすることから、例えば、ファブリ・ペローのような一次元インターフェロメータは考慮の対象とはしない。これが意味するのは、２つのインターフェロメータアームを備えるインターフェロメータを考察する際には、二次元または三次元インターフェロメータだけが対象になることである。
【００５２】
本願では、二次元インターフェロメータの定義が２つ示してある。この２つの定義に含まれないインターフェロメータは、三次元インターフェロメータと見なされる。
【００５３】
第１定義によれば、二次元インターフェロメータの素子の−特に光線偏向素子の−中心は１つの平面内に配置されている。
【００５４】
ここでは、ビームスプリッタまたはオーバーラップ装置も光線偏向素子と見なされる。
【００５５】
第２定義によれば、ビームスプリッタの直後において第１と第２中心光線によって画定される第１平面または入射面が、オーバーラップ装置の直前において第１と第２中心光線によって画定される第２平面または出口面と同一となる基準点が存在する場合は、インターフェロメータは二次元インターフェロメータであると考えられる。
【００５６】
上記定義に含まれる全てのインターフェロメータは二次元インターフェロメータであると見なされる。従って、その他全てのインターフェロメータは三次元インターフェロメータと見なされる。
【００５７】
本発明に係るインターフェロメータを記述するために使用される近似法について、ここでより詳細に記述する。ホイヘンスの法則に従ってインターフェロメータを通って複雑な光照射野を伝搬させる代わりに、以下の近似が行われている。選択した基準点から発する理想的な光照射野が使用される。所与の基準点及び所与の検出面については、中心像点及び中心光線は、すなわち、第１中心光線及び第２中心光線も、一意的に定義されている。
【００５８】
スカラー理論も使用されるが、特に、ヘルムホルツの光学式を適用できるスカラー偏向理論、すなわち、偏光効果は考慮に入れない。この手順が正しいのは、非偏光の場合と、偏光が１回だけしか存在しない場合であるが、ただしインターフェロメータは検出面上の第１電界と検出面上の第２電界間の偏光は回転しない。これが好ましい構成であり、もしまだ存在していなければ、第１または第２インターフェロメータアームの光線通路内で偏光・回転素子を使用することによって、この構成を実現できる。
【００５９】
これらの条件下では、検出面上の第１電界を第１中心光線に沿って伝搬させてビームスプリッタへ戻し、再度、第２中心光線に沿って検出面まで送り、それによって、第２電界が得られる。この近似において、所与の形状の場合、すなわち、所与のインターフェロメータ構造の場合は、検出面上の所与の第１電界から検出面上の第２電界を計算することが可能である。所与の第１と第２電界について、どのようにこの２つの電界が相互に変換されるのかを計算することも可能である。
【００６０】
選択した基準点の場合は、第１インターフェロメータアームの中を伝搬させられた電界は、干渉域の各像点をBP1とすると、像点BP1ではE1と呼ぶことができる。形状近似において、電界E1は、基準点からBP1に伝わる光線の点BP1に接触する。ビームスプリッタの前のこの光線の一部はビームスプリッタで２つの光線に分割され、その第１光線は第１インターフェロメータアームを通って点BP1に伝わり、第２光線は第２インターフェロメータアームを通り抜け、検出面のBP2と呼ばれるもう１つの像点に到達する。第２光線は点BP2に電界E2を発生させる。光路長の差を別にすれば、形状近似の枠内においては、電界はビームスプリッタの前の同じ部分光線から発生するので、点BP1の電界E1と点BP2の電界E2は同一である。もし近軸光学系、ガウス光学系または一次光学系への近似がインターフェロメータ内の光学素子に適用された場合は、干渉域内の任意の選択点BP1から、点BP1の一義的な写像である点BP2へのマッピングは、最も一般的な事例では、投影マッピングとすることができる。投影マッピングは特にアフィンマッピング（アフィン写像）とすることができる。
【００６１】
２つの次元における投影マッピングＰは以下のように定義される。
【００６２】
原点空間及び画像空間内の各点は、２つの座標 x, y 及びx', y'によって与えられる。投影マッピングの目的のために、各対には第３成分として１が追加される。すなわち、３つの成分(x,y,1)または(x',y',1)を有するベクトルが各点に対応する。
【００６３】
数字λを乗算することによって生じる全ての点は等価であると解釈される。すなわち、(x,y,1)は(λx,λy,λ)と等価である。
【００６４】
各三次元ベクトルは、第３成分が１となる形式にすることができ、その結果、x, y値は二次元座標系で読み出すことができる。
【００６５】
２つの次元における投影マッピングＰは、数学的に見ると、三次元空間から三次元空間へのマッピングである。しかし、二次元空間におけるマッピングが考えられているので、二次元点(x,y)には第３座標１が追加され、その結果、以下のように、(x,y,1)と記述することができる。要するに、３×３行列Ｐが適用され、結果を再び形式(x',y',1)にする。座標対(x',y')は投影マッピングの結果である。従って、変換座標は以下のように記述することができる。
x' = (p11 x + p12 y + p13) / (p31 x + p32 y + p33)
y' = (p21 x + p22 y + p23) / (p31 x + p32 y + p33)
式中、pij(i及びjは1〜3の数)は３×３であり、従って、行列Ｐのインデックスは合計９となる。これに関しては、Born / Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press, 7th edition, Chapter 4.3.1も参照されたい。
【００６６】
第２条件は、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面が、以下で述べるように構成または調整することができ、好ましくは、そのように構成されている、ということである。すなわち、物体の物点を離れ、ビームの一部ではあるが、中心光線ではない各光線の場合に、第１インターフェロメータアームを通り抜ける第１光線と、第２インターフェロメータアームを通り抜ける第２光線とが存在し、この２つの光線がビームスプリッタで光線から分割され、検出面の異なる点に衝突する。ここでは、第１光線は第１ビームの一部であり、第２光線は第２ビームの一部である。
【００６７】
ここでは、第１光線及び第２光線はいかなる場合も干渉域に衝突しないことに留意すべきである。それに加えて、第１光線または第２光線のどちらか一方が干渉域内に衝突しない場合が存在する。
【００６８】
インターフェロメータの実施形態によれば、インターフェロメータは、第２条件で述べた検出面上に、その相互間隔が、検出面または検出器の検出部の最大延長の１／１０００、好ましくは１／１００、及びさらにより好ましくは１／１０以上の少なくとも２つの異なる点を有する。インターフェロメータは好ましくは無数のかかる点を有する。
【００６９】
インターフェロメータが、検出面においてピクセルに分割される検出器を有する場合、インターフェロメータは、第２条件で述べたように、検出面上に、その相互間隔が、検出器の延長の１ピクセル、好ましくは１０ピクセル、及びさらにより好ましくは１００ピクセル超の少なくとも２つの異なる点を有する。
【００７０】
インターフェロメータの実施形態によれば、干渉域の全ての点の１％がこの特性を有する。好ましくは、干渉域の全ての点の５％がこの特性を有する。さらに好ましい値は、干渉域の点の１０％、２５％ 及び ５０％である。もし検出面がピクセルグリッドを有する場合は、この条件を類似的にピクセルの数に適用することができる。
【００７１】
物体の物点を離れ、ビームの一部ではあるが、中心光線の一部ではない各光線について、第２条件が定義されている。このように記述される光線は、一般的には、検出面の無限大の数の点に当たる（衝突する）無数の光線である。ここでは、第１光線は検出面の無限大の数の点に当たり、第２光線も検出面の無限大の数の点に当たる。第２条件によって、ビームスプリッタで第１と第２光線に分割される各光線について割当てが行われ、ビームスプリッタは、第２光線が当たる検出面上の第２点を、第１光線が当たる検出面上の第１点に割り当てる。その結果として、それぞれに第１光線が当たる無数の第１点の、それぞれに第２光線が当たる無数の第２点へのマッピング行われる。このマッピングは、検出面の第１エリアの検出面の第２エリア上への全単射マッピング、すなわち、明確な可逆マッピングである。この全単射マッピングは主出願における代替の構成の文脈中でさらに詳細に説明する。
【００７２】
第３条件は、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面が、以下で述べるように構成または調整することができ、好ましくは、そのように構成されている、ということである。すなわち、物点から発し、中心光線ではなく、第１インターフェロメータアームを通り抜け、検出面上の像点に当たる（衝突する）第３光線が正確に存在し、物点から発し、ビームスプリッタの前では第３光線ではなく、中心光線ではなく、第２インターフェロメータアームを通り抜け、検出面上の像点で第３光線とオーバーラップする第４光線が正確に存在する。
【００７３】
第３及び第４光線はビームスプリッタの前ではビームの一部である。第１インターフェロメータアーム中では、第３光線は第１光ビームの一部である。第２インターフェロメータアーム中では、第４光線は第２光ビームの一部である。
【００７４】
第３及び第４光線の位置は物点または基準点の選択に依存している。
【００７５】
上述した本発明の主請求項の目的は、代替の構成によって記述することもできる。この代替の構成は上述した第１の構成よりも理解しやすい。しかし、どの表現がより一般的なのかがまだ明白ではないので、代替の構成もここに提示するものとし、両者は等価であると当初は見なされる。
【００７６】
代替の構成によるインターフェロメータについて以下で説明する。代替の構成によるインターフェロメータと最初に記述したインターフェロメータとを区別するために、前者を代替的インターフェロメータと呼び、後者を第１、または第１に記述したインターフェロメータと呼ぶ。
【００７７】
代替的インターフェロメータも、第１インターフェロメータと共に、第２インターフェロメータアーム、ビームスプリッタ，検出面及びオーバーラップ装置を有する。
【００７８】
代替的インターフェロメータの特徴は、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面の相互位置決めの記述を除けば、最初に記述したインターフェロメータの特徴と一致している。これらの特徴は最初に記述したインターフェロメータの枠組み内では３条件として説明されている。この３条件の全体についての代替説明を以下に示す。
【００７９】
代替的インターフェロメータの場合、検出面上の第１ビームから発生する第１電界及び検出面上の第２ビームから発生する第２電界を投影マッピングPによって相互移動させることができると共に、干渉域中における投影マッピングPは、像点と呼ばれる正確に１つの固定点を有するように、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面を構成または調整可能であり、好ましくは、そのように構成されている。
【００８０】
幾何光学の近似は、最初に記述したインターフェロメータの記述と代替的インターフェロメータの記述の双方に適用される。しかし、代替的インターフェロメータの記述には、近軸光学または一次光学とも呼ばれる、ガウス光学の近似が追加的に必要とされる。そうでなければ、第１と第２電界間の関係を投影マッピングによって記述できないからである。
【００８１】
本発明の目的は、代替の構成においては、第１または第２インターフェロメータアームを通って伝搬する２つの電界の効率的かつ制御された重畳によって達成される。ここでは、目標は、ビーム直径を固定した状態で、検出面上の干渉域を最大化すること、すなわち、電界が１つしか存在しない域を最小化することにある。これは、同じ点が同じ点と重なることがないように、可能な限り円形ディスクと円形ディスクを一致させるという目的に相当する。これによって、干渉情報を最大化することが可能になる。本発明に係る解決策のために選択された方法は、特に、２つの照射野の相互回転である。かかるマッピングは、オーバーラップが絶対に起こらないエリアを拡大させる２つの電界の相互移動とは対照的に、投影マッピングが正確に１つの固定点を有していなければならない場合の回転軸を特徴としている。２つの電界の純粋な相互移動には固定点は存在しない。移動と後続の固定点の周りでの回転との組み合わせにも、固定点が存在している。
【００８２】
ここでは、選択された固定点に対する技術によって、固定点のない装置と比較すると、第１と第２インターフェロメータアームを通過する電界の局所的差異の拡大が実現可能であることが理解できる。
【００８３】
複数または無数の固定点が意味するのは、第１と第２インターフェロメータアームを通過する電界は波面上の同じ受容点でオーバーラップする、すなわち、関連光線は分割されるが、再びオーバーラップ状態に戻されることもはっきり認められる。しかし、入射光に関する情報をこれから引き出すことはできない。このことから、この信号は観察点の位相位置から独立しているからであり、光路差にのみ依存している。
【００８４】
要するに、正確に１つの固定点が存在する場合に、最大の干渉情報が得られることを立証できる。
【００８５】
明確に可逆な、すなわち、全単射としては投影マッピングＰが好ましいのは明らかである。これは、少なくとも検出面の部分エリアにおいて、好ましくは、全検出面にわたって適用される。
【００８６】
投影マッピングＰは基準点の選択に依存している。
【００８７】
真の電界としては、ビームスプリッタにおける第１電界E1及び第２電界E2は同一である。検出面上の電界については式(1)で記述することができる。
【００８８】
【数１】
2019510214.tif 000003
【００８９】
式(1)において、一定の複素数の因子γは、インターフェロメータアーム中の減衰因子が異なる場合があることを考慮に入れている。もしインターフェロメータアーム中の減衰因子が同一の場合は、因子γの値は１に等しい。関数E2及びE1は複素関数である。ここで考えられた近似においては、電界はベクトル場ではなく、スカラー場である。これが意味するのは、電界は、三次元局所的ベクトルxに割当てられた複素関数ということである。
【００９０】
しかし、式(1)はx2及びx1の個々の値には適用されないが、無数のかかる値には適用される。ここでは、マッピングＰ: x1 → x2は投影マッピングを表す。これは、関数として、
x2= P(x1)                 (2)
と記述することができる。 
【００９１】
投影マッピングは干渉域内に正確に固定点x1Fを有する。すなわち、この点には
x2 = P(x1F) = x1F         (3)
が適用される。
【００９２】
投影マッピングは基準点の選択した物点に依存している。
【００９３】
もし必要であれば、光偏向素子上の光学コンポーネントからのビネット効果をリアルーインターフェロメータの考慮に入れるものとする。ここで考慮したインターフェロメータの場合、光学コンポーネントまたは光偏向素子においてビネット効果が生じることがない程度に光ビームを小さく選択することが前提とされている。
【００９４】
主請求項の目的は代替の構成では非常に理解しやすい。光照射野または電界は、ビームスプリッタに対してどのように当たるかに応じて、インターフェロメータアームに対応する２つの光路に分割されて、インターフェロメータアーム中に位置する２つの光照射野を、２つの光照射野が相互に変位及び回転させられる制御された状態において、検出面上で重畳させる。かかる変換は一般的には投影マッピングである。インターフェロメータの幾何構造は明らかなので、どのように２つの光照射野が相互変換されるのかも明らかである。これによって、インターフェロメータに衝突する光照射野を非常に正確な方法で測定可能になる。本発明は、本発明に係るインターフェロメータに同位相で当たる光照射野を、付加定数を除いて絶対測定を可能にする。
【００９５】
好ましくは、インターフェロメータは、２つの相互干渉光線間の位相差及び／又は検出面上の干渉域の少なくとも１点に衝突する光線の位相を測定または測定するように構成された評価ユニットを有する。２つの本発明に係る方法の文脈中における評価方法の詳細について、以下に記述する。位相の測定は一般的には付加定数を除いて可能である。
【００９６】
好ましくは、干渉域のいくつかの点について、２つの相互干渉光線間の位相差及び／又はそこに生じる光線の位相を測定または測定できるように、評価ユニットは構成されている。
【００９７】
評価ユニットの代わりに、または評価ユニットに加えて、インターフェロメータは、以下に記述した本発明による方法をコンピュータが実行できるコンピュータ可読プログラム手段を含めた、コンピュータ内で使用可能な媒体に記憶されたコンピュータプログラム製品を有する。上述した方法は、少なくとも１点で干渉する第１電界と第２電界間の干渉域の少なくとも１点における位相差を決定する方法、または検出面上の干渉域の一部における電界の位相を決定する方法である。
【００９８】
好ましくは、インターフェロメータは検出面内に検出器を有する。検出器は位置感知型である。好ましくは、ここでは、検出面は、例えば、グリッドに割当て可能な多数のピクセルに分割されている。
【００９９】
光線の検出に適した技術は、検討中の放射に依存している。光領域ではＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラが適している。ロックイン機能を有するカメラもここでは使用することができる。空間分解能は好ましくは視野の関数であり、２つの評価点間の位相変化がπを超えないように、ナイキスト・シャノン規準を考慮に入れて選択される。最大位相変化は、干渉ビームの２つの光線が含むことのできる最大角度によって与えられ、実際に干渉する光線だけを考慮に入れている。この角度は、インターフェロメータが物体空間内で分解できる角度範囲に関連している。この分解領域は、好ましくは、視野と、すなわち、放射が物体空間から検出領域上に達する領域と一致させるべきである。ここでは、検出領域は、検出器が対象としている検出面の領域である。インターフェロメータのビーム光路内またはインターフェロメータの前の光線形成光学素子によって、検出器の所与の−特に技術的に測定された−ピクセルグリッドを所望の視野に適合させることが可能となる。従って、本発明に係るインターフェロメータを検出器に適合させることが可能であるので、本発明に係るインターフェロメータに適した検出器は位置分解能の固定基準を満たす必要はない。収差及び製造欠陥とはほぼ無関係なシステム選択における大きな自由度は、本発明に係るインターフェロメータの大きな利点である。
【０１００】
好ましくは、評価ユニットは検出器に接続されている。すなわち、検出器が伝達する測定値が評価ユニットによって問合せされ、または読み取られる。この場合、評価ユニットは本発明に係る方法を使用して確定的な位相差または位相を計算し、例えば、インタフェースがこの情報または測定値を入手できるようにし、その結果、ユーザがこの情報または測定値を読み出すことができる。
【０１０１】
ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）が超高速アプリケーションには好ましい。
【０１０２】
評価ユニットの存在とは無関係な異なる実施形態によれば、１つ以上のコアを備えるグラフィックプロセッサ(ＧＰＵ)評価モジュールまたはマイクロプロセッサを有するコンピュータシステムを使用できる。大部分のアプリケーションについては、評価ユニット用の技術的機器に対して特に高い要求は課せられない。評価ユニットは、選択した実施形態オプションに応じて、例えば、Raspberry Piのようなマイクロコンピュータを使用することも可能である。
【０１０３】
好ましくは、第１インターフェロメータアームまたは第２インターフェロメータアームはビームスプリッタとオーバーラップ装置間に少なくとも１つの光線偏向素子を有する。ビームスプリッタとオーバーラップ装置はここではカウントに含まれない。好ましくは、２つのインターフェロメータアームの各々は１つまたは２つの光線偏向素子を有する。
【０１０４】
光線偏向素子は、入射光線を少なくとも部分的に偏向ができる物理オブジェクトであると定義できる。例えば、光線偏向素子はミラーまたは回折光学素子(ＤＯＥ)によって実現できる。ビームスプリッタキューブも光線偏向素子である。
【０１０５】
さらなる変形例によれば、少なくとも１つの光線偏向素子が回折光学素子(ＤＯＥ)、特にグリッドを有する。非常に軽量のコンポーネントを使用してＤＯＥを実装することができる。
【０１０６】
第１または第２中心光線にとって好ましいのは、ビームスプリッタから検出面上の中心像点までの長さが等しいことである。この長さの尺度は上述の経路に沿った光路である。光路長が等しいことの利点は、使用光のコヒーレンス長を短縮できることにある。
【０１０７】
さらなる利点は、インターフェログラムが回折限界点を全くまたは少ししか含まないので、インターフェログラムの評価が簡素化されることにある。その理由は、前方及び後方伝搬における回折効果を、適当な場合には、光路長の差だけが有効となるように、相互に相殺できることにある。
【０１０８】
ビームスプリッタの前では中心光線であり、ビームスプリッタの後では第１中心光線である第５光線であって、ビームスプリッタの直前の点とオーバーラップ装置の直後の点の間でのみ考慮される第５光線と、ビームスプリッタの前では中心光線であり、ビームスプリッタの後では第２中心光線である第６光線であって、ビームスプリッタの直前の点とオーバーラップ装置の直後の点の間でのみ考慮される第６光線についての光線偏向の合計が５、６または７回に等しくなるようにして、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面は構成または調整可能であることが好ましく、そのように構成されていることが好ましい。
【０１０９】
この場合、光線偏向の数は、インターフェロメータ内部で両中心光線が経験する総数を意味することに注意を払うものとする。このために、ビームスプリッタとオーバーラップ装置が考慮に入れられる。もしビームスプリッタまたはオーバーラップ装置内で単一の光線だけしか偏向せず、一方、他方の光線は偏向しなかった場合は、当該の素子については１回の光線偏向であると計算される。もし偏向が、ビームスプリッタにおいて、ビームスプリッタへの入射光線とビームスプリッタの直後の第１インターフェロメータアーム中の光線間と、入射光線とビームスプリッタの直後の第２インターフェロタアーム中の光線間でも起こった場合は、ビームスプリッタについては２回の光線偏向であると計算される。もし、オーバーラップ装置において、オーバーラップ装置への両入射光線について１回の偏向が起こった場合は、オーバーラップ装置については２回の光線偏向であると計算される。
【０１１０】
同じアーム長のインターフェロメータの場合は、光線偏向の数が４回の場合、ビームスプリッタで第１と第２中心光線に分割される中心光線が存在し、しかも、第１と第２中心光線が干渉域内の検出面上でオーバーラップするという第１条件が、無数の光線によって満たされることを理論的に証明することが可能である。これは、（所与の物点について）正確に１つのかかる中心光線が存在することが要求される請求項１とは矛盾するので、アーム長が同じで、光線偏向素子が４回のインターフェロメータは請求項１を満足できないことが証明されている。同じインターフェロメータの場合、物体の物点を離れ、光ビームの一部ではあるが、中心光線ではない光線について、第１インターフェロメータアームを通り抜ける第１光線と第２インターフェロメータアームを通り抜ける第２光線が存在し、この２つの光線はビームスプリッタで光線から分割され、検出面の同じ点に衝突することも証明されている。従って、このインターフェロメータの場合、主請求項の第２条件を満足しないことが証明されている。
【０１１１】
光線偏向が６回のインターフェロメータの場合は、請求項１の特徴を実装できることも理論的かつ実験的に証明されている。ここでは、すでに実装済みのプロトタイプに関する測定結果を要請があれば提供することができる。
【０１１２】
この場合、アーム長は、ビームスプリッタから検出面上の中心像点までの第１または第２中心光線が占めている長さである。従って、同じアーム長は、第１と第２中心光線の長さが同じであることを意味している。
【０１１３】
好ましくは、ビームスプリッタの直後の第１中心光線及び第２中心光線によって与えられる第１平面または入射面と、オーバーラップ装置の直前の第１中心光線によって与えられる第２平面または出口面とは同じではない。
【０１１４】
第１平面と第２平面との間隔は、好ましくはビームスプリッタアパーチャの直径の０．０１倍、より好ましくは１倍よりも大きい。この定義は平行平面に適用される。
【０１１５】
非平行平面の場合、第１平面と第２平面間の角度は好ましくは５°超、より好ましくは１０°超、さらにより好ましくは２０°超、最も好ましくは４５°超である。
【０１１６】
好ましくは、インターフェロメータはモノリシック光学素子またはセットアップを有し、ビームスプリッタ、オーバーラップユニット、及び第１と第２インターフェロメータアーム中の全ての光線偏向素子を備える。ここでは、モノリシック光学素子中の全ての光線偏向素子はモノリシック光学素子の内側に位置している。
【０１１７】
好ましくは、第１インターフェロメータアーム及び／又は第２インターフェロメータアームは、対応するインターフェロメータアームの光路を変える装置を有する。三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも１点における位相差を決定する方法を実行するために、インターフェロメータアーム中の光路を変えることが必要となる。ここでは、好ましくは、光路の変更は２πの位相変化以下である。この方法の詳細については、方法についての以下の記述を参照されたい。
【０１１８】
光路の変化はここでは少なくとも１つの光学素子の変位によって実現できる。もし伝搬方向の変化が生じた場合は、いくつかの手順からの選択が利用可能である。第一に、伝搬方向に対する影響は無視できるほど小さいものである。第二に、評価において影響を考慮に入れられる。第三に、伝搬方向の変化は光路の変化を受取り次第相殺できる。
【０１１９】
さらなる実施形態によれば、インターフェロメータは、好ましくは、第１光ビームから発する検出面上の既存の第１光照射野及び第２光ビームから発する検出面上の既存の第２光照射野の相対変位、相対伸縮、相対傾斜及び／又は相対回転のための装置も備える。
【０１２０】
従って、この装置は、例えば、検出面上の第２電界に対して検出面上の第１電界を変化または変換させるために使用され、それによって、元の電界に対して変換された第１電界を投影マッピングによって記述できる。好ましくは、投影マッピングはアフィンマッピングである。あらゆる投影マッピングは一連の変位、伸縮、特に点伸縮、空間中の平面の傾斜ならびに回転を含む。ここでは、この順序を変えることもできる。
【０１２１】
相対移動、相対傾斜及び／又は相対回転用の装置は、光路内の、例えば、インターフェロメータアームの一方の中の光学素子の、例えば、光線偏向素子の局所的変位または傾斜によって実装することができる。
【０１２２】
検出面上の第１電界の相対変位は「ラテラルシアー（横シアー）」とも呼ばれる。ピクセル型位置分解能検出器を有する本インターフェロメータの場合、少なく１つのピクセルの「ラテラルシアー」が要求される。好ましくは、ラテラルシアーは１〜１０ピクセルの間である。第２電界に対する第１電界の相対回転は「回転シアー」とも呼ばれる。
【０１２３】
相対位置が異なることによる干渉項IFについての独立のデータセットが作られ、位相についての条件式の階数が上げられる。
【０１２４】
第１または第２電界が変換され、その他の関連のある電界は未変換のままであるインターフェログラムを記録することによって、検出面内の検出器の各ピクセルについての第１と第２電界間の干渉信号が供給され、２つの電界間の干渉に関して得られる情報を増加させることが可能になる。これは下記の正方行列式(4)の階数を上げることを可能にする。
【０１２５】
【数２】
2019510214.tif 000004
【０１２６】
この式については、三次元インターフェロメータの干渉域の一部における電界の位相を決定する方法との関連で、以下でさらに詳細に説明する。
【０１２７】
式(4)において、E1は、第１ビームから発生する検出面上の第１電界を表し、E2は、第１ビームから発生する検出面上の第１電界を表し、ΨはE1とE2間の位相差、IFは電界E1とE2間の干渉項である。電界がE1と呼ばれようと、E1と呼ばれようと、その電界は全く同一とする。添字i及びjを付けたピクセル位置xについては、式(4)に従ってピクセルグリッドが作られる。本発明に係る方法との関連における式(4)の詳細については、以下に記述する。
【０１２８】
本願の物理的数量には実用上の理由から添字が付けられることが多い。しかし、専門家は、対応する添字なしで物理的数量を使用できることを理解している。それに対応して定式化した関連式を導出することができる。
【０１２９】
方程式系の階数は独立条件式の数として理解される。もし条件式の数が変数の数よりも少ない場合は、その方程式系は未決定である。すなわち、階数が独立変数の数よりも低い。もし独立式の数が変数の数よりも多い場合は、その方程式系は優決定系（over-determined）である。その場合、式は近似的にしか満足されないが、しかし、偏差、例えば、二次偏差が最小化するように、方程式系は解かれる。もし独立式の数が変数の数と全く同じである場合は、すなわち、順位等価性が達成されている場合は、方程式系には厳密解が存在する。
【０１３０】
本発明に係るインターフェロメータの場合、式(4)の方程式系及びそれから導出された方程式系に対しては、階数等価性(rank equality)または優決定系(over-determination)であることが好ましい。優決定系の方程式系は測定エラー及びノイズに対して非常にロバストにできる。
【０１３１】
本発明に係るインターフェロメータはホログラフィックカメラとして使用するのが好ましい。この使用法では、実物体から発する照射野の振幅と位相が測定される。これは、振幅または等価強度だけしか測定しない従来型カメラとは対照的である。
【０１３２】
光路は両方の場合に同じ方法で選択可能である。すなわち、光源は物体を照らし、反射光は採光装置を通過して、実像を作ることができるカメラに当たる。
【０１３３】
従来型カメラでは、いわゆる焦点調節を使用して実像を作ることが必要である。ホログラフィックカメラでは、後焦点調節もコンピュータ的に可能である。
【０１３４】
マッピングによって、各散乱物点の位相位置が、すなわち、波長の倍数に対する空間位置がホログラフィックカメラによって測定される。位相差顕微鏡法から周知のように、透明誘電層も記録画像を変化させる。位相差顕微鏡法の間中、１つのコントラストしか位相中には作られない。ホログラフィックカメラは位相を数値として測定する。
【０１３５】
従って、ホログラフィックカメラは、追加的画像情報を取得するために既存の光学系で使用できる。
【０１３６】
本発明に係るインターフェロメータは可視光と共に使用できるが、適当な態様においてはＸ線、紫外線、赤外線及び遠赤外線と共に使用できる。
【０１３７】
設計時には、適切な技術をミラー及びグリッドには採用される。透明媒体の使用は不要である。
【０１３８】
例えば、電子顕微鏡において電子波及び中性子波のような、その他のタイプの波も使用可能である。利点は、インターフェロメータのコヒーレンス要件が低い点にある。光路差はコヒーレンス長よりも小さくなければならない。光路が同一の場合にも、本発明を実施することが可能である。
【０１３９】
以下では、三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも１点における位相差を決定する方法、ならびに、三次元インターフェロメータの干渉域の一部における電界の位相を決定する方法を提示する。この２つの方法は、本発明に係るインターフェロメータを使用して、物体によって作られる光照射野を最初に測定することを可能にする。この点で、この２つの方法は、本発明に係るインターフェロメータを目的の用途に対して使用可能とする際に極めて重要である。
【０１４０】
これらの方法を記述する場合、記述がインターフェロメータの記述とは異なっている。第一に、インターフェロメータの記述時には、幾何学的近似も使用されていた。また、物体上の自由選択基準点を想定したインターフェロメータの記述では、小さな選択ビームだけを観察していた。これらの方法の記述では、この簡素化アプローチを実施し、任意の照射野を想定している。これが適切であるのは、現実において、本発明に係る方法はこのようにしても実施できるからである。
【０１４１】
物体は多数の物点を有しているので、用語「ビーム」も本発明に係る方法との関連においてはより幅広いものになる。光ビームが各物点を離れる。ビームは、ここでは、１つの物点を離れる全ての光線がビームを構成していると定義されている。インターフェロメータを通過する重畳した多くのビームがインターフェロメータアームを通って伝搬され、検出面の干渉域内で干渉させられる。
【０１４２】
このために、本発明に係るインターフェロメータのいわゆる基本方程式が最初に導出される。
【０１４３】
上述のように、第１ビームから発生する第１電界と第２ビームから発生する第２電界は、検出面上の干渉域において干渉する。従って、検出面上の干渉域内では、測定強度は重畳した第１と第２電界の二乗絶対値である。これは、以下のように記述することができる。
【０１４４】
【数３】
2019510214.tif 000005
【０１４５】
式(5)において、第１電界
2019510214.tif 000006
は位置
2019510214.tif 000007
にあり、式中、第２電界
2019510214.tif 000008
は位置
2019510214.tif 000009
にある。添字i及びjを付けたピクセルグリッドが位置
2019510214.tif 000010
について生成されており、ここで、２つの直交空間方向用の２つの添字は検出面または干渉域上に記されている。
【０１４６】
式(5)は、以下の式(6)のようにして計算することができる。
【０１４７】
【数４】
2019510214.tif 000011
【０１４８】
式(6)において、以下の部分(7)は、干渉項IFについての方程式である。ここで、
2019510214.tif 000012
は複素共役の第２電界である。
【０１４９】
【数５】
2019510214.tif 000013
【０１５０】
以下の省略形(8)〜(10)が簡素化のために使用される：
【０１５１】
【数６】
2019510214.tif 000014
【０１５２】
検出面上の第１と第２電界間の関係は、ライリー・ゾンマーフェルト回折積分を使用して正確に導出することができる。インターフェロメータについての正確な知識が、全てのアパーチャ、偏向器及びカットアウトを含めて、ここでの前提条件である。検出面上の第１電界は周知であることが想定されている。ライリー・ゾンマーフェルト回折積分の使用によって、第１電界が検出面に当たる前には、第１インターフェロメータアーム中における第１電界の分布がどのようなものかを正確に計算することが可能である。従って、これによって、第１電界の電界分布がビームスプリッタ中及びビームスプリッタ上ではどのようであったかに関する逆算が可能になる。そこから、この逆算電界を再びさらに第２インターフェロメータアームに沿って検出面まで伝搬するか、または計算することが可能である。従って、もし第１または第２電界のどちらか一方が検出面上に与えられた場合は、異なる電界をいずれの場合も計算可能である。従って、投影マッピングは、行列Ｕとして表わせる２つの電界間に位置する。行列Ｕはここでは伝搬行列としても周知である。第１と第２電界間の関係は、以下の式(11)として表すことができる。
【０１５３】
【数７】
2019510214.tif 000015
【０１５４】
式(11)において、添字m及びnを付けたピクセルグリッド(m, n)は、すでに上で説明したように、好ましくは、検出面についての添字i及びjを付けた同じピクセルグリッド(i, j)を記述している。電界はここでは、ある順序に従って全ての添字に連続番号が付けられているベクトルであると見なされる。この順序は重要なものではない。例えば、ベクトルについての成分は最初は全てのピクセルを第１行に、その後には第２行に有することができ、さらに、最後の行に達するまで、これが続く。従って、第１電界
2019510214.tif 000016
の添字i及びjは、二次元ピクセルグリッドであるために、２つの添字を有するベクトルの単一の添字であると見なすことができる。その結果、
2019510214.tif 000017
は、行が２つの添字m及びnによって示され、列が２つの添字i及びjによって示される共通行列である。行列Ｕは本発明に係るインターフェロメータ毎に個別に計算または決定しなければならない。
【０１５５】
行列またはマッピングＵは、適切に選択された場合は、全ての幾何学的効果及び全ての回折効果を有する。Ｕは一般的には近似ユニタリー行列である。ユニタリー行列の場合、行列Ｕの随伴行列またはエルミート変換行列は、行列Ｕの逆数、行列Ｕ-1に等しい。そのＵは一般的には単なる近似ユニタリー行列であり、電界の正確な伝搬によって、界成分が検査領域を離れることもできるという事実にその原点を有する。従って、これらの界成分はカットオフされ、失われる。これは計算領域の適切な選択及び添字付与の適性によって影響を受ける。
【０１５６】
もし式(7)の
2019510214.tif 000018
を式(11)からの表現に置き換えた場合、結果は以下の式(12)となる。
【０１５７】
【数８】
2019510214.tif 000019
【０１５８】
もし干渉項IFが、位相を含めて、すなわち、複素数の量として測定済みである場合は、この式は電界
2019510214.tif 000020
における二次方程式である。もし、インターフェロメータについて、添字i, j, m及びnが例えば１〜１０００であると仮定すると、この二次方程式を解くのは非常に困難である。もし式(12)に複素共役の第１電界
2019510214.tif 000021
を乗じた場合、その結果は、第１電界
2019510214.tif 000022
の絶対値が分かっていれば、解くのが非常に簡単な方程式、すなわち、本発明に係るインターフェロメータの以下の基本方程式(13)となる。
【０１５９】
【数９】
2019510214.tif 000023
【０１６０】
三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも１点における位相差を決定する方法ならびに三次元インターフェロメータの干渉域の一部における電界の位相を決定する方法はいずれもこの基本方程式に関連している。簡素化のために、位相差を決定する方法を第１方法と名付け、電界の位相を決定する方法を第２方法と名付ける。
【０１６１】
式(13)は、第１電界
2019510214.tif 000024
の絶対値が分かっていれば、解くのが比較的簡単な複素位相関連電界
2019510214.tif 000025
についての一次方程式である。このための前提条件は、干渉項IFが複素数の量として測定または決定されること、伝搬行列Ｕが計算済みであること、第１と第２電界の絶対値が分かっていることである。式(13)の解は干渉域の少なくとも一部について第１電界を複素数の量として提供する。第２電界は式(11)によって複素数の量として計算することができる。
【０１６２】
これが示しているのは、電界の振幅を利用して一次同次方程式を解くことによって、干渉項IFの測定データから関連位相を計算できることである。これは、数的労力の低い特異値分解(ＳＶＤ)によって実現できる。これが本発明の本質的成果である。
【０１６３】
この場合、干渉項IFの位相は第１方法によって決定される。従って、第１と第２電界の絶対値を知ることによって、干渉項IFを複素数の量として決定可能である。
【０１６４】
「空間キャリア」を使用する方法においては、その方法によって振幅が測定されることはなく、回折縞の解析だけが「縞解析」、すなわち、位相の決定とされる。例えば、Handbook of Optical Metrology, 2nd Edition, CRC Press Taylor and Francis Group, Edited by Toru Yoshizawa, Chapter 8, “Speckle Methods and Applications”, Nandigana Krishna Mohan, Chapter 8.5.1, “Fringe Analysis”を参照されたい。
【０１６５】
両電界の位相は第２方法を使用して決定される。両方法を以下に提示する。
【０１６６】
さらに、本発明の目的が、少なくとも１つの像点において干渉する第１電界と第２電界間の干渉域の少なくとも１つの像点において位相差
2019510214.tif 000026
を決定する方法によって達成され、この場合、第１電界は第１インターフェロメータアームから発生し、第２電界は第２インターフェロメータアームから発生する。
【０１６７】
位相差を決定する方法は、第２ステップにとっての、すなわち、三次元インターフェロメータの干渉域の少なくとも一部における電界の位相を決定する方法にとっての前提条件としての第１ステップであり、従って、第２ステップは、位相差を決定する方法である第１ステップに続いて、基礎方程式(13)によって干渉域の一部において電界の位相を決定する。
【０１６８】
位相差を決定する方法を実施する際には、本発明に係るインターフェロメータの使用が好ましい。
【０１６９】
本発明に係るインターフェロメータの検出面のピクセルグリッド(i, j)の点またはピクセルは好ましくは像点である。
【０１７０】
位相
2019510214.tif 000027
は、第１電界
2019510214.tif 000028
の位相と第２電界
2019510214.tif 000029
の位相間の差として与えられた位相差であり、従って、以下の式(14)として表すことができる。
【０１７１】
【数１０】
2019510214.tif 000030
【０１７２】
一方では、
2019510214.tif 000031
は干渉電界の位相間の位相差であるが、しかし、他方では、干渉項
2019510214.tif 000032
の位相でもある。しかし、一般的には、位相測定は付加定数を除いて初めて可能になる。
【０１７３】
従って、一般性を制限せずに位相
2019510214.tif 000033
を測定するためには、位相
2019510214.tif 000034
に定数αを付加することが可能である。
【０１７４】
従って、式(6)は以下の式(15)と書き表される。
【０１７５】
【数１１】
2019510214.tif 000035
【０１７６】
添字i及びjを付けた単一のピクセルの場合、余弦関数は２つの異なる点において−１〜１の間のあらゆる関数値を取ることから、余弦関数は一意ではないので、この方程式は所与のαについては一意的に解くことができない。この曖昧さのために、追加的情報が要求される。
【０１７７】
原則的に、この曖昧さの解消には２つの可能性が存在する。先行技術において周知のこの２つの方法は「時空間位相シフト法」及び「空間位相シフト法」と呼ばれる。例えば、Handbook of Optical Metrology, 2nd Edition, CRC Press Taylor and Francis Group, Edited by Toru Yoshizawa, Chapter 8, “Speckle Methods and Applications”, Nandigana Krishna Mohan, Chapter 8.5.1, “Fringe Analysis”を参照されたい。「位相シフト法」という表記は、「空間位相シフト法」について部分的に使用される。「キャリア位相法」という表記は、「空間位相シフト法」について部分的に使用される。いわゆる第１方法の位相差を決定する方法を実施する際には、本発明との関連において位相シフト法または空間キャリア法が適用される。位相シフト法と空間キャリア法との併用が好ましい。これには、精度をさらに向上させるという利点がある。
【０１７８】
位相シフト法では、測定関数を、すなわち、余弦関数の異なる値についての総強度Igを測定するために、位相が、すなわち、位相差Ψが変化する。位相差Ψを変化させられるのは、相対光路長を変える装置がインターフェロメータに取付けられていることによる。第１インターフェロメータアーム及び／又は第２インターフェロメータアームが対応するインターフェロメータアームの光路長を変える装置を有することによって、これを実現できる。好ましくは、光路長を変える装置を有するインターフェロメータアームは１つだけである。波長による光路の変化の結果として、２πの位相変化が起こる。従って、式(15)での使用位相
2019510214.tif 000036
は、以下の置換(16)に従って変化する。置換(16)において、Δsは光路の変化であり、λは使用波長である。
【０１７９】
【数１２】
2019510214.tif 000037
【０１８０】
キャリア位相法の場合、選択方向における位相差Ψが位置xの単調関数となるように、本発明に係るインターフェロメータは構成されている。干渉域内の光線のオーバーラップを最小角度未満に設定することによって、すなわち、中心光線間の角度によって、追加位相を位相差に適用することによって、これを達成できる。従って、この方法はキャリア位相法とも呼ばれる。
【０１８１】
両方法によって、付加定数を除いた位相
2019510214.tif 000038
を決定することが可能である。差が２πの範囲内で付加定数を決定することも可能である。
【０１８２】
好ましくは、第１方法では、干渉域の少なくとも２点について評価が行われる。好ましくは、第１方法では、干渉域の少なくとも一部、特に、全干渉域について評価が行われる。
【０１８３】
検出面がピクセルに分割されている場合、第１方法は、好ましくは２つのピクセルについて実施され、より好ましくは全てのピクセルの一部について、特に好ましくは全てのピクセルについて実施される。
【０１８４】
好ましくは、第１方法では数回の測定が行われる。
【０１８５】
続いて、上述した特定の位相定数αについて考察する。位相αは、定義により、検査領域中の全てのピクセルについて同一の位相因子である。全検査領域に関しては、位相因子αは２πの倍数まで一意に定義することができる。特に、第１と第２インターフェロメータアーム間の光路長が変えられる位相シフトを伴う方法では、光路長の位置を、全て後続の位相情報が関連する参照位置として選択しなければならない。この位置について、式(15)に従って計算された参照位置のインターフェログラムを測定結果と比較し、マッチング／整合が最適になるように、特に、ノード線が一致するようにαを決定することによって、αが一意に定義される。
【０１８６】
伝搬行列Ｕをこの参照位置について計算しなければならない、すなわち、干渉項IFと伝搬行列Ｕの両方を同じ光路長差について計算しなければならないことが指摘されている。特に、第２方法の式(13)がα値ないしは干渉項IFの位相の変化によっても不変であるのは、同時に伝搬行列Ｕの位相がシフトした場合に限られるという事実によって、基準点の一致の重要性を認識することができる。
【０１８７】
特に、α値とアーム長の正確な相対位相位置を決定する際には、中心像点を使用できる。中央像点における測定した位相差は入射光照射野の位相位置とは無関係であり、アームの光路長差の結果にすぎない。従って、中央像点は装置の校正に適している。
【０１８８】
基本方程式で干渉項IFを使用する際、以下では、干渉項IFと伝搬行列Ｕは同じアーム長構造に関連しているものであること、干渉項IFに対するαの定義は一意性を有することが常に前提とされている。
【０１８９】
さらに、本発明の目的が、三次元インターフェロメータの検出面上の干渉域の一部における電界の位相を決定する方法によって達成される。ここでの好ましい方法は、上述した三次元インターフェロメータの検出面の干渉域の一部における電界の位相を決定するのに適している。この本発明に係る方法は短い形式で第２方法としても記述してある。第２方法は、下記のように、４つのステップを有する。
【０１９０】
第１ステップでは、干渉域の一部について、第１と第２電界の強度または絶対値が決定される。これは、干渉域の部分域の各点について、第１電界の絶対値と第２電界の絶対値が決定されることを意味している。電界の強度は電界の絶対値の平方に比例しているので、電界の絶対値の決定は電界の強度の決定と等価である。
【０１９１】
第１ステップによれば、第１電界の絶対値と第２電界の絶対値を決定することが要求される。しかし、あるいは又、第１または第２電界の絶対値と干渉項IFの絶対値を決定することもできる。干渉項の絶対値は第１電界の絶対値と第２電界の絶対値の積に等しいので、分かっている干渉項IFと２つの電界の一方の絶対値から、２つの電界の他方を計算することが可能である。
【０１９２】
第１と第２電界の絶対値の決定には数種類の方法と可能性がある。
【０１９３】
第１の可能性によれば、第１または第２電界の振幅は、他方のインターフェロメータアームを遮断し、検出面上のピクセルの強度分布を測定する強度測定から決定できる。測定強度は求められた電界の絶対値の平方に比例しているので、求められる電界の絶対値の平方根を取ることによって、求められた電界の絶対値を相対単位で得られる。あるいは又、求められた電界の正確な絶対値を得るために、比例因子を計算することもできる。
【０１９４】
第２の可能性によれば、様々な位相位置についての測定信号の完全適合を位相シフト法、特に、時空間位相シフト法から、すなわち、全強度
2019510214.tif 000039
と干渉信号IFの値、すなわち、
2019510214.tif 000040
から得られる。その各々が２つの変数の関数であるこの２つの測定値から、
2019510214.tif 000041
と 
2019510214.tif 000042
を添字1と2の交換を除いた二次方程式の解によって決定できる。
【０１９５】
「干渉域の一部」という用語は、ここでは干渉域の部分域を意味する。部分域はここではある数の点を含む。部分域は数学的意味では必ず接続されているわけではなく、切離しも可能であることを意味している。
【０１９６】
もし干渉域または検出面がピクセルグリッドを有する場合は、このピクセルグリッドのピクセルの一部についてこの方法を実行することもできる。どのようにして連続関数を評価及び計算するのかは当業者にとっては周知である。ここでは、簡易性と実用上の関連性の向上のために、干渉域についての方程式はここではピクセルグリッドを使用して与えられている。しかし、たとえ方程式には反映されていないとしても、この方法を連続関数についても権利として要求された（クレームされた）ものとする。
【０１９７】
第２方法の第２ステップでは、干渉域の同じ部分についての干渉項IFは、以下の方程式(17)に従って決定される。
【０１９８】
【数１３】
2019510214.tif 000043
【０１９９】
式(17)において、
2019510214.tif 000044
は、第１電界
2019510214.tif 000045
の位相
2019510214.tif 000046
と第２電界
2019510214.tif 000047
の位相
2019510214.tif 000048
の差である。従って、以下が適用される。
【０２００】
【数１４】
2019510214.tif 000049
【０２０１】
位相差
2019510214.tif 000050
は好ましくは第１方法によって決定される。ここには、電界の、すなわち、第１と第２電界の絶対値の大きさが分からなくても位相差
2019510214.tif 000051
を定義できるということが述べられている。
【０２０２】
位相差
2019510214.tif 000052
によって、干渉項IFを複素数の量として決定することが可能である。式(17)または式(7)を参照されたい。
【０２０３】
第２方法の第３ステップでは、特に干渉域の上述した部分について、伝搬行列Ｕが決定される。この場合、伝搬行列Ｕは、インターフェロメータ基本方程式の文脈において言及した伝搬行列Ｕと同一である。伝搬行列Ｕの成分はすでに上で示され、説明されており、
2019510214.tif 000053
として書かれている。伝搬行列Ｕの要素、すなわち、
2019510214.tif 000054
は、ここでは、どのようにすれば、干渉域の所与のピクセルグリッドについて、添字i及びjを付けたピクセルにおける第１電界
2019510214.tif 000055
を添字m及びnを付けたピクセルにおける第２電界
2019510214.tif 000056
に変換できるのかを示している。
【０２０４】
上に示したように、以下の変換方程式が適用される。
【０２０５】
【数１５】
2019510214.tif 000057
【０２０６】
伝搬行列Ｕは好ましくはライリー・ゾンマーフェルト伝搬公式によって計算することができる。Max Born und Emil Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press, 8.the Edition, 2013, Chapter 8.11 Rayleigh-Sommerfeld diffraction integrals, 特にChapter 8.11.2, formula (14)を参照されたい。
【０２０７】
ライリー・ゾンマーフェルト伝搬公式はここでは以下のように適用される。検出面上の任意の仮想の第１電界が、形状を考慮に入れた上で、後方に第１インターフェロメータアームに沿ってビームスプリッタのところまで、次に前方に第２インターフェロメータアームに沿って検出面の干渉域のところまで伝搬される。このようにして、任意の第１電界
2019510214.tif 000058
に対して適用可能な伝搬行列Ｕを、特に三次元インターフェロメータの固有の構造について計算することができる。
【０２０８】
示された公式は電界をスカラー近似において記述している。すなわち、電界の偏光は公式には表されていない。これが正確であるのは、光が非偏光である場合、または一つの偏光のみである場合、そしてオーバーラップにおける偏光が平行な場合である。
【０２０９】
そうでない場合は、必ず同じ偏光の光だけしか干渉できないようにしなければならない。これは、第１と第２電界が検出器上で同じ偏光を有するように２つのアームの一方において偏光を適当に回転させることによって実現できる。好ましくは、インターフェロメータはそれに応じて構成されている。
【０２１０】
最も一般的な場合の任意偏光においては、偏光の各々について別々の方程式を求めなければならないし、電界の伝搬と共に偏光の混合を許容しなければならなくなる。さらなる自由度が与えられるので、これによって干渉画像の評価がさらに複雑になる。しかし、この手順は、記述した方法を利用して実行できる。
【０２１１】
第２方法の第４ステップでは、干渉域の上述部分についての本発明に係るインターフェロメータの基礎方程式(19)が複素の第１電界
2019510214.tif 000059
について解かれる。
【０２１２】
【数１６】
2019510214.tif 000060
【０２１３】
単数がここでは複素の第１電界
2019510214.tif 000061
について使用されている。それでも、当業者の理解では、変数は、式(19)または(13)の個々の添字i及びjについての個々の成分
2019510214.tif 000062
である。従って、もし、各場合に、目標量がいくつかの点における、すなわち、検出面のピクセル位置における第１電界であることが理解されている場合は、複数を使用することも可能である。
【０２１４】
第１電界
2019510214.tif 000063
は複素共役によって得られる。好ましくは、第２電界
2019510214.tif 000064
は変換方程式(18)の使用によっても得ることができる。 
【０２１５】
これと共に、第１と第２両電界の位相と絶対値の両方が、干渉域の一部の各点について、第２方法によって定義される。
【０２１６】
この場合、第２方法の最初の３つのステップは任意の順序で実施することができる。
【０２１７】
電界の、すなわち、第１と第２電界の絶対値の大きさが分からない状態で位相差
2019510214.tif 000065
を定義できることが、第１方法との関連においてすでに示されている。従って、第２方法の第１ステップは第２方法の第２ステップから独立しており、その結果、第２方法の第１と第２ステップの順序を逆にすることもできる。第３ステップは、使用するインターフェロメータの形状に依存する計算であるにすぎない。従って、第３ステップは第２方法の最初の２つのステップから独立している。
【０２１８】
以下では、基礎方程式(19)に関する結論が導き出される。
【０２１９】
式(19)を解く場合、干渉域の一部の各点についての第１電界の絶対値と複素干渉項の知識が前提とされており、伝搬行列Ｕの知識も要求される。
【０２２０】
これらの条件下では、式(19)は複素の第１電界
2019510214.tif 000066
についての一次方程式である。ここでは、干渉域の一部の各点における第１電界が考慮の対象であるという意味であるため、複数の「第１電界」が使用される。式(19)の右辺は複素の第１電界
2019510214.tif 000067
の関数でもあるので、式(19)は同次方程式に変換することができる。同次方程式は、複素の第１電界のベクトルを乗じた行列がゼロベクトルに等しいという形式を有することになる。ピクセルグリッド(i, j)は好ましくはピクセルグリッド(m, n)と同一であるので、行列は正方行列となる。この場合、その解が行列のカーネル中に存在する同次一次方程式系が存在している。
【０２２１】
同次方程式(13)についての解が得られるように、式(19)に記述された一次方程式系の階数を増やすことができる。さらなる測定を行い、同時にそれらを評価することによって、これを実現することができる。従って、式(13)のカーネルは次元１を有する、または、同等の表現をすれば、固有値０についての解が存在する。
【０２２２】
これは、数的労力の低い特異値分解(ＳＶＤ)によって実現することができる。求められる式(13)の解は、特異値分解における特異値が最小の固有ベクトルである。この方法は測定値のノイズ及びその他の外乱に対してロバストである。ノイズが存在する場合、固有値が正確に０では、解が存在しないことがある。しかし、式(19)は特異値分解以外の方法によって解くこともできる。
【０２２３】
上述したピクセルグリッド(i, j)は、好ましくはピクセルグリッド(m, n)と同一である。しかし、必ずしもそうである必要はない。
【０２２４】
本発明に係るインターフェロメータの基本方程式は、特に検出面のピクセルグリッドについては、上で０において公式化されている。しかし、これは、基本方程式がフーリエ空間で記述されている場合の状況と同等である。これにはいくつかの利点があり、例えば、伝搬行列Ｕは対角行列であるので、伝搬行列Ｕの表現はこの場合非常に簡単である。
【０２２５】
これを実現するために、伝搬行列Ｕはフーリエ空間においても計算しなければならず、
2019510214.tif 000068
で示され、以下の形式(20)を有する。
【０２２６】
【数１７】
2019510214.tif 000069
【０２２７】
式(20)において、zは２つのインターフェロメータアーム間の光路長差である。また、以下に示すように表される。
【０２２８】
【数１８】
2019510214.tif 000070
【０２２９】
さらに、基本方程式は、問題にとって適切な異なる関数ベースでも記述される。例えば、超幾何関数のような特殊関数の分野から、例えば、ルジャンドル関数、ゼルニケ多項式またはその他の直交多項式を選択することができる。
【０２３０】
以下の基本方程式(19)の解が解の倍数に至るまで一意となるように、第２方法は好ましくは干渉域内で十分な数の点を使用する。
【０２３１】
【数１９】
2019510214.tif 000071
【０２３２】
式(19)は同次方程式に相当するので、解の倍数も解となる。全てのかかる解は等価であると考えられる。かかる解だけしか存在しない場合は、これらの解は一意であると考えられる。
【０２３３】
もし式(19)が一意解を有していない場合は、さらなる干渉データを生成または記録することが必要になるかもしれない。例えば、干渉する第１と第２電界の異なる相対空間位置を含む干渉項IFについて、さらなるデータを記録することによって、これを実現することができる。あるいは又、異なる投影マッピングを行うインターフェロメータによって２つ以上の記録を行うことによって、手順を記述することもできる。
【０２３４】
本発明はインターフェロメータ、コンピュータプログラム、またはインターフェロメータとコンピュータプログラムとの組み合わせによって実施することができる。
【０２３５】
ここに記述された方法、すなわち、第１方法と第２方法を実施するには、あらゆるタイプのコンピュータシステムまたはその他の装置が好適である。インターフェロメータとコンピュータプログラム／コンピュータプログラム製品との典型的な組み合わせは、ロード及び実行されると、コンピュータシステムを制御して、ここに記述された方法を実行させるコンピュータプログラムを備える端末コンピュータシステムとすることができる。同じことが、例えば、チップカードに記憶されたコンピュータアプリケーションまたはアプレットにも妥当する。
【０２３６】
さらに、本発明の目的はコンピュータプログラムによって達成される。コンピュータプログラムは、前記プログラムがコンピュータにロードされると、第１及び／又は第２方法に対応するステップの実行に適応されたコード部分を含む。
【０２３７】
さらに、本発明の目的はコンピュータプログラム製品によって達成される。コンピュータプログラム製品は挿入可能な媒体に記憶され、コンピュータが第１及び／又は第２方法を実行することを可能にするコンピュータ可読プログラム手段を有する。
【０２３８】
本文脈におけるコンピュータプログラム手段またはコンピュータプログラムとは、−直接的または下記の作業、すなわち、ａ）他言語、他コードまたは他表記への変換、ｂ）他材料形態での引き渡しの一方または両方の後に−情報処理能力を有するシステム内で特定の機能を実行する役割を果たす一連のコマンドの任意の言語、任意のコードまたは任意の表記による任意の表現である。
【図面の簡単な説明】
【０２３９】
以下、個々の実施例及び図を使用して、本発明についてさらに詳細な説明を行う。これらの実施例及び図は、一般的発明概念を例示する役割を果たしているに過ぎず、本発明の実施例及び図は決して限定事項として解釈してはならない。
【図１】主請求項の例示とした本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図２】主請求項の第１条件を例示した本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図３】主請求項の第２条件を例示した本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図４】主請求項の第３条件を例示した本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図５】第２電界への第１電界の投影マッピングを例示する概略図である。
【図６】ビームスプリッタとオーバーラップ装置がそれぞれ回折格子を有する本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図７】入射面と出口面は同一ではないが、相互に平行である本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図８】コンパクトに製造することができ、入射面と出口面は相互に垂直である本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【図９】モノリシック構造を備えた本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０２４０】
図１は、物体１１０によって作り出される干渉光照射野を測定する三次元インターフェロメータ１００を示している。一般的説明部分ですでに記述したように、本発明に係る三次元インターフェロメータを特徴付けるために、特別な光照射野が使用される。これは、物体１１０の物点１１２から発する光ビームであり、明瞭化のために図１には示されていない。図１には、ビームの一部である中心光線１１４だけが示されている。中心光線１１４は物点１１２からビームスプリッタ１０１に達し、そこで、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１とに分割される。
【０２４１】
ビームスプリッタ１０１の１つはビームスプリッタキューブまたはガラスプレートとすることができ、好ましくは、使用される光線に適合させたコーティングを有する。
【０２４２】
中心光線１１４はビームスプリッタ１０１で振幅分割される。第２中心光線１２１はここで中心光線１１４の方向に対してわずかの角度だけ偏向させられ、一方、第１中心光線１２０は中心光線１１４と同じ方向を有する。入射面１５４は第１中心光線１２０と第２中心光線１２１とによって画定される。入射面１５４は破線によって表示されている。さらに、入射面１５４の方向性を明確にする×印が入射面には付けられている。
【０２４３】
第１中心光線１２０はビームスプリッタ１０１の後で第１インターフェロメータアーム１５０の中に入る。第２中心光線１２１はビームスプリッタ１０１の後で第２インターフェロメータアーム１５２の中に入る。
【０２４４】
ビームスプリッタ１０１の後では、第１中心光線１２０は、いずれも第１インターフェロメータアーム１５０中に配置された第１光線偏向素子１７１と第２光線偏向素子１７２において偏向させられる。ビームスプリッタ１０１の後では、第２中心光線１２１は、いずれも第２インターフェロメータアーム１５２中に配置された第１光線偏向素子１８１と第２光線偏向素子１８２において偏向させられる。すでに上で説明したように、第１と第２電界の分布を回転させるために、いくつかの数の光線偏向素子が必要である。
【０２４５】
第１中心光線１２０は第１インターフェロメータアーム１５０中の第２光線偏向素子１７２によって偏向させられ、第２中心光線１２１は第２インターフェロメータアーム１５０中の第２光線偏向素子１８２によってオーバーラップ装置１０６に向かって偏向させられる。そこから、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は検出器１３０の検出面１３１に向かって偏向させられる。上ですでに考察したように、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は、中心像点１３３と呼ばれる共通像点で交わる。
【０２４６】
一般的には、オーバーラップ装置に当たる２つの入射光線はオーバーラップ装置の直後では単一の光線にはならない。これは一般的には２つの中心光線、すなわち、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１にも当てはまる。しかし、中心光線１１４が中心物点（図示せず）から発している場合は例外である。中心物点は一意であることを示すことができる。しかし、中心物点が本発明に係るインターフェロメータの視野内に位置している必要はない。
【０２４７】
図１の実施形態では、第２インターフェロメータアーム１５２中の第２光線偏向素子１８２からオーバーラップ装置１０６に当たる第２中心光線１２１は、オーバーラップ装置１０６では偏向されない。
【０２４８】
しかし、第１インターフェロメータアーム１５０中の第２光線偏向素子１７２から第１インターフェロメータアーム１５０の中に入り、オーバーラップ装置１０６に当たる第１中心光線１２０は、オーバーラップ装置１０６で検出面１３１の中心像点１３３の方向に偏向させられる。
【０２４９】
オーバーラップ装置１０６の直前の第１中心光線１２０とオーバーラップ装置１０６の直前の第２中心光線１２１は出口面１５５を画定する。出口面１５５は破線によって図示されている。入射面１５４は、図に引かれた座標系のy軸に対して一直線で、出口面１５５と交差する。出口面１５５はここではx-y面に配置されている。入射面１５４が出口面１５５と一致しないという事実は、三次元インターフェロメータの定義に対応している。
【０２５０】
第１インターフェロメータアーム１５０はビームスプリッタ１０１から始まり、少なくともオーバーラップ装置１０６まで、しかし、厳密に言えば、検出面１３１まで延びている。第２インターフェロメータアーム１５２はビームスプリッタ１０１から始まり、少なくともオーバーラップ装置１０６まで、しかし、厳密に言えば、検出面１３１まで延びている。
【０２５１】
図１の実施形態によれば、三次元インターフェロメータ１００は合計６回の光線偏向を有する。（ビームスプリッタ１０１の前では中心光線１１４である）第１中心光線１２０はビームスプリッタ１０１では偏向させられない。しかし、いずれの場合も、第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１及び第２光線偏向素子１７２とオーバーラップ装置１０６とで、１回の偏向が行われる。従って、第１インターフェロメータアーム１５０は合計３回の光線偏向を有する。
【０２５２】
（ビームスプリッタ１０１の前では中心光線１１４である）第２中心光線１２１はビームスプリッタ１０１で偏向させられる。いずれの場合も、第２インターフェロメータアーム１５２中の第１光線偏向素子１８１及び第２光線偏向素子１８２では１回の偏向が行われるが、オーバーラップ装置１０６では偏向は行われない。従って、第２インターフェロメータアーム１５２も合計３回の光線偏向を有する。従って、第１インターフェロメータアーム１５０と第２インターフェロメータアーム１５２は合計６回の光線偏向を有する。
【０２５３】
図２〜４は、一般的説明部分に記述された主請求項の３つの条件を例示している本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【０２５４】
図２はここでは第１条件を、図３は第２条件を、図４は第３条件を例示している。
【０２５５】
図１と全く同様に、物点１１２を有する物体１１０を図２の右端に見ることができ、そこから、ビームスプリッタ１０１で第１中心光線１２０と第２中心光線１２１とに分割される中心光線１１４が発している。ここに示されたビームスプリッタ１０１は簡略形である。
【０２５６】
第１インターフェロメータアーム１５０も非常に簡略化して示されており、第１光線偏向素子１７１を１つしか有しておらず、これも非常に簡略化して示されている。第２インターフェロメータアーム１５２も非常に簡略化して示されており、第１光線偏向素子１８１を１つしか有しておらず、これも非常に簡略化して示されている。
【０２５７】
第１中心光線１２０と第２中心光線１２１はオーバーラップ装置１０６（簡略形で図示）によっても検出器１３０の検出面１３１に向かって偏向させられる。
【０２５８】
第１条件は、ビームスプリッタ１０１、第１インターフェロメータアーム１５０、第２インターフェロメータアーム１５２、オーバーラップ装置１０６及び検出面が好ましくは、以下で述べるように構成または調整されている、ということである。すなわち、物体１１０の各物点１１２について、物点１１０から発する中心光線１１４が厳密には１つだけ存在し、ビームスプリッタ１０１で第１中心光線１２０と第２中心光線１２１に分割され、そして、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は干渉域１３２内の検出面１３１上の中心像点１３３でオーバーラップする。第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は検出面１３１上の中心像点１３３で交わり、しかも、２つの中心光線１２０、１２１の伝搬方向は同じではないことがわかる。これは「オーバーラップ装置」の定義に対応している。物点１１２が中心物点である例外的な場合については、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は中心像点１３３で同じ方向を有することになるため、この２つの中心光線は重畳することになる。しかし、図２の実施形態では、物点１１２が中心物点ではない一般的な場合が示されている。
【０２５９】
図２〜４の実施形態では、入射面も出口面とは一致しないことを強調すべきであろう。図２〜４では、もし光線偏向素子の数が増えた場合であっても、第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１と第２インターフェロメータアーム１５２中の第１光線偏向素子１８１が代表として記載されている。この簡略化した描写方法であるため、入射面が出口面と一致していないことがはっきりとはわからない。
【０２６０】
図３は主請求項の第２条件を例示している。これが示しているのは、物体１１０の物点１１２を離れ、光ビームの一部ではあるが、中心光線１１４ではない各光線１１５について、第１インターフェロメータアーム１５０を通り抜ける第１光線１２５と第２インターフェロメータアーム１５２を通り抜ける第２光線１２６とが存在し、この２つの光線はビームスプリッタ１０１で光線から分割され、検出面１３１の異なる点１３４、１３５に衝突する、ということである。
【０２６１】
図２と比較すると、光ビーム（図示せず）の一部であり、中心光線１１４ではない光線１１５が図３には追加されている。光線１１５はビームスプリッタ１０１で第１光線１２５と第２光線１２６に分割され、そして、第１光線１２５は第１インターフェロメータアーム１５０を通り抜け、第２光線１２６は第２インターフェロメータアーム１５２を通り抜ける。その後に、第１光線１２５と第２光線１２６はオーバーラップ装置１０６で検出面１３１の方向に偏向させられ、そして、第１光線１２５は、検出面１３１の中心像点１３３ではない像点１３４に衝突し、第２光線１２６は、検出面１３１の中心像点１３３ではなく、像点１３４でもない像点１３５に衝突する。
【０２６２】
図４は主請求項の第３条件を例示している。これが示しているのは、中心像点１３３ではない干渉域１３２の各像点１３４について、物点１１２から発し、中心光線１１４ではなく、第１インターフェロメータアーム１５０を通り抜け、検出面１３１上の像点１３４に衝突する第３光線１１６が正確に存在すると共に、物点１１２から発し、ビームスプリッタの前の第３光線１１６ではなく、中心光線１１４ではなく、第２インターフェロメータアーム１５２を通り抜け、検出面１３１上の像点１３４で第３光線１１６とオーバーラップする第４光線１１７が正確に存在する、ということである。
【０２６３】
簡単に言えば、第３条件は、中心像点１３３ではない各像点１３４の場合、像点１３４でオーバーラップする第３光線１１６と第４光線１１７が確かに存在することを述べている。第３光線１１６も第４光線１１７もここでは中心光線１１４ではない。さらに、第３光線１１６は第１インターフェロメータアーム１５０を通り抜け、第４光線１１７は第２インターフェロメータアーム１５２を通り抜ける。
【０２６４】
第３光線１１６と第４光線１１７はビームスプリッタ１０１の前ではビームの一部である。第１インターフェロメータアーム１５０中では、第３光線１１６は第１光ビームの一部である。第２インターフェロメータアーム１５２中では、第４光線１１７は第２光ビームの一部である。
【０２６５】
上で例示及び説明したこの３つの条件が本発明によるインターフェロメータを特徴付けている。
【０２６６】
主請求項の代替の構成によれば、第１ビームに由来する第１電界と第２ビームに由来する第２電界が、投影マッピングＰによって、検出面上でそれぞれ相互に転送可能になり、そして、干渉域内での投影マッピングＰが、像点と呼ばれる固定点を正確に１つ有するようにして、ビームスプリッタ、第１インターフェロメータアーム、第２インターフェロメータアーム、オーバーラップ装置及び検出面が構成可能または調整可能であり、好ましくは、そのように構成されている。
【０２６７】
図５ａ〜５ｄは、第２電界への第１電界の投影マッピングを例示した概略図である。
【０２６８】
ここでは、第１電界E1(x)が示された図５ａに続いて、どのようにすれば、図５ｄに示された第２電界E2(y)を、一般的投影マッピングによって、図５ｂ及び５ｃの中間ステップを経て得られるかが示されている。
【０２６９】
図５ａは、第１電界E1(x)の界分布２００が、第１成分x1と第２成分x2を有する位置ベクトルxに依存している検出面１３１を示している。座標原点が検出面１３１の左下隅に描かれている。示された分布２００は実電界ではないが、空間構造だけを明確にしている。示された空間構造は識別が簡単であり、従って、後続の変換ステップにおいて簡単に視覚による観察が行える。さらなる明瞭化のために、示されたレチクルに対応する位置X0における第１電界の座標が強調されている。
【０２７０】
一般的投影マッピングＰは一連の変位、画定点の周りでの回転及び別の平面への最終的な投影として示すことができる。
【０２７１】
図５ａに続いて、図５ｂの第１電界E1(x)の界分布は定数ベクトル分だけシフトされるにすぎない。このベクトルは大きな成分x1と比較的小さな成分x2を有する。
【０２７２】
完全投影マッピングである場合に限って、変換電界分布は実電界分布、すなわち、検出面１３１上での第２電界の電界分布となる。投影マッピングはこの点においてはまだ完全ではないので、電界分布は、変換された第１電界の電界分布２０２と呼ばれる中間積でなければならない。
【０２７３】
図５ｂに続いて、変換された第１電界の電界分布２０２が図５ｃに示されたような形で得られるように、変換された第１電界の電界分布２０２は画定点の周りで回転させられる。
【０２７４】
投影を含んでいるので、図５ｃ〜図５ｄの以下のステップは最も複雑なステップである。図５ｃに続いて、検出面１３１での図５ｃの電界分布２０２の投影の結果を図５ｄで見ることができるように、投影は以下のように構成されている。
【０２７５】
図５ｄへの図５ｃの投影は次の例によって明瞭になる。投影はブックページの例によって例示することができる。もしブックページを見て、空間で回転させ、次に輪郭を見た場合は、輪郭は長方形の投影を描いている。図５ｃ〜図５ｄのステップはこれを正確に例示している。図５ｃに続いて、検出面１３１は空間でシフト及び回転させられ、これは図５ｃの検出面１３１の四隅から簡単に見られる。変換された第１電界の電界分布２０２は次に原検出面１３１上に投影され、その結果、図５ｄに示された電界分布となる。図５ｄに示された電界分布は、一方では、変換された第１電界の電界分布２０２であると見なすことができ、しかも、変換は完全マッピングＰである。他方では、この電界分布は、検出面１３１上での第２電界の電界分布２０４であると見なすこともできる。
【０２７６】
しかし、検出面１３１上での第２電界の電界分布２０４は、成分x1及びx2を有する原座標系においても、成分y1及びy2を有する変換座標系においても、記述することができる。
【０２７７】
元々は位置x0における第１電界を記述していたレチクルが現在では位置y0における第２電界を記述していることを、図５ｄで見られる。ここでは、成分x1及びx2を有する第１座標系と成分y1及びy2を有する第２座標系は投影マッピングＰまたはその逆投影マッピングＰ-1によって相互変換される。投影マッピングＰは本発明に係る全単射であるので、常に投影マッピングＰに対する逆投影マッピングＰ-1が存在する。
【０２７８】
図６は、ビームスプリッタとオーバーラップ装置の両方がそれぞれ回折格子を有する本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。図６の実施形態は図１の実施形態の説明と似ている。しかし、ビームスプリッタ１０１とオーバーラップ装置１０６の両方が回折格子１９２を有するのが図１との相違点である。
【０２７９】
さらに、第１インターフェロメータアーム１５０は第１光線偏向素子１７１を１つしかもたず、第２光線偏向素子１７２は有していない。同様に、第２インターフェロメータアーム１５２も第１光線偏向素子１８１を１つしかもたず、第２光線偏向素子１８２は有していない。
【０２８０】
ここでは、一次及びマイナス一次の入射光線が回折させられ、ゼロ次は事実上抑制されるか、使用されないような方法で、ビームスプリッタ１０１の回折格子１９２を使用できる。ここでは好ましくは、一次及びマイナス一次での強度はほぼ等しい。
【０２８１】
さらに、オーバーラップ装置１０６の回折格子１９２は通常光線誘導とは逆に使用できる。ここでは、例えば、一次及びマイナス一次回折は結合すべき２つの光線として、一般的入射光線は既存の結合光線として使用できる。しかし、ここでは、ビームスプリッタ１０１とオーバーラップ装置１０６の間で生じる可能性のある差を考慮に入れている。
【０２８２】
図６の実施形態では、入射面１５４と出口面１５５は、y軸に対応する直線で交差する。
【０２８３】
図６の実施形態での光線偏向の総数も、図１の実施形態と同様に、６回である。この点で、２回の光線偏向が各回折格子１９２に対応しており、合計４回の光線偏向になることに注目すべきである。さらに、いずれの場合も、第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１と第２インターフェロメータアーム１５２中の第１光線偏向素子１８１にもまだ１回の光線偏向が存在する。
【０２８４】
図７は、入射面１５４と出口面１５５が同一ではないが、相互に平行である本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【０２８５】
図７の実施形態に関する特別な点は、入射面１５４と出口面１５５は交差しないが、しかし、同一でもないことにある。この条件を満たせるのは、この場合のように、それらが相互に平行である時に限られる。
【０２８６】
図７の実施形態は、左下隅に物点１１２のある物体１１０を有しており、そこから中心光線１１４が、ビームスプリッタ１０１の働きをするビームスプリッタキューブに衝突する。ビームスプリッタ１０１からの第２中心光線１２１は偏向させられずに、第２インターフェロメータアーム１５２に入り、第１中心光線１２０は左に第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１の方向に偏向させられる。
【０２８７】
ビームスプリッタ１０１の直後では、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１が入射面１５４に広がっている。
【０２８８】
第１中心光線１２０は、第１インターフェロメータアーム１５０中で、第１光線偏向素子１７１によって、入射面１５４から上向きに、第１インターフェロメータアーム１５０中の第２光線偏向素子１７２の方向に偏向させられる。第２光線偏向素子１７２の中心は出口面１５５内に位置している。次に、第１中心光線１２０は、第２光線偏向素子１７２によって、ビームスプリッタの働きをするオーバーラップ装置１０６の方向に偏向させられるが、オーバーラップ装置１０６では偏向させられずに通過して検出面１３１に衝突する。
【０２８９】
第２中心光線１２１は、ビームスプリッタ１０１の第２インターフェロメータアーム１５２中で、最初に第１光線偏向素子１８１に、次に第２光線偏向素子１８２に衝突し、その後に、そこからオーバーラップ装置１０６に向かって反射させられる。第１光線偏向素子１８１は入射面１５４内にあるが、第２光線偏向素子１８２は出口面１５５内に位置している。オーバーラップ装置１０６の後で、第２中心光線１２１は検出面１３１に向かって偏向させられる。
【０２９０】
図７の実施形態では、出口面１５５は入射面１５４の上方に位置している。これは、特に第２光線偏向素子１７２とオーバーラップ装置１０６間の第１中心光線１２０の箇所に、分かりやすい破線矢印によって示されている。
【０２９１】
さらに、図７の実施形態もインターフェロメータアーム１５０と１５２の両方で合計６回の光線偏向を有する。ここでは、ビームスプリッタ１０１とオーバーラップ装置１０６の２つのビームスプリッタキューブがそれぞれ１回の光線偏向を有する。残りの４回の光線偏向は、第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１及び第２光線偏向素子１７２と第２インターフェロメータアーム１５２中の第１光線偏向素子１８１及び第２光線偏向素子１８２とによって実現される。
【０２９２】
図８は、コンパクトに製造可能で、入射面と出口面が相互に垂直な本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【０２９３】
図８の実施形態は視野内に中心物点を有する。
【０２９４】
図８の実施形態は、上縁に物点１１２がある物体１１０を有し、そこから中心光線１１４が、ビームスプリッタキューブの形のビームスプリッタ１０１に衝突する。ここでは、中心光線１１４は負ｚ軸に沿って進む。
【０２９５】
ビームスプリッタ１０１からｚ軸に沿って進む第２中心光線１２１は偏向させられるが、一方、第１中心光線１２０は偏向させられずに、さらに負x軸に沿って下向きに第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１の方向に進む。
【０２９６】
ビームスプリッタ１０１の直後では、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１が入射面１５４に広がっているので、x-z面内の入射面１５４はx-y面に対して垂直である。
【０２９７】
第１インターフェロメータアーム１５０中では、第１中心光線１２０は−第１光線偏向素子１７１からの反射後に−正z軸と負x軸に沿って進んで、y-z面内の第２インターフェロメータアーム１５２中の第１光線偏向素子１８１と同じ位置にある第２光線偏向素子１７２に衝突する。
【０２９８】
第２光線偏向素子１７２での反射後に、第１中心光線１２０は、ビームスプリッタ１０１のビームスプリッタキューブの隣に位置しているビームスプリッタの働きをするオーバーラップ装置１０６に衝突する。第１中心光線１２０はオーバーラップ装置１０６によって検出面１３１に向かって正y軸の方向に偏向させられる。
【０２９９】
第２中心光線１２１は、ビームスプリッタ１０１の後で、x軸に沿って、第２インターフェロメータアーム１５２の第１光線偏向素子１８１に向かって偏向させられる。第１光線偏向素子１８１での反射後に、第２中心光線１２１は負y軸と負x軸に沿って進んで、x-z面内の検出面１３１の中心像点１３３と同じ位置にその中心がある第２光線偏向素子１８２に衝突する。第２光線偏向素子１８２での反射後に、第２中心光線１２１はオーバーラップ装置１０６に向かって偏向させられ、そのオーバーラップ装置を偏向されずに通過して、検出面１３１に衝突する。
【０３００】
中心物点に関する中心光線上での以下の距離はこの物点の場合は同じである。ビームスプリッタ１０１から第１光線偏向素子１８１までの距離は、第２光線偏向素子１７２からオーバーラップ装置１０６までの距離と同じである。第１光線偏向素子１７１、１８１と第２光線偏向素子１７２、１８２間の距離はそれぞれ同じである。ビームスプリッタ１０１と第１光線偏向素子１７１間の距離は、第２光線偏向素子１８２とオーバーラップ装置１０６間の距離と同じである。
【０３０１】
オーバーラップ装置１０６の直前では、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１が出口面１５５に広がっており、出口面はx-y面内にある。これと共に、出口面１５５は入射面１５４に対して垂直である。
【０３０２】
図８の実施形態もインターフェロメータアーム１５０と１５２の両方で合計６回の光線偏向を有する。ここでも、ビームスプリッタ１０１とオーバーラップ装置１０６の２つのビームスプリッタキューブがそれぞれ１回の光線偏向を有する。残りの４回の光線偏向は、図７の実施形態と同様に、第１インターフェロメータアーム１５０中の第１光線偏向素子１７１及び第２光線偏向素子１７２と第２インターフェロメータアーム１５２中の第１光線偏向素子１８１及び第２光線偏向素子１８２とによって実現される。
【０３０３】
図９は、モノリシック構造を用いた本発明に係るインターフェロメータの実施形態の概略図である。
【０３０４】
モノリシック光学素子を備えた図９の従来の実施形態は三次元表示が困難であるので、x-y面における断面が図９ａに、x-z面におけるそれに対して垂直な断面が図９ｂに示されている。
【０３０５】
ここでは、ビームスプリッタ１０１のビームスプリッタキューブ及びオーバーラップ装置１０６の配置と第１中心光線１２０及び第２中心光線１２１の配置が図８の実施形態と全く同じであることに注目される。図９の実施形態がどのような構成であるかを理解するには、図８の実施形態を参照するのが役立つ。
【０３０６】
ビームスプリッタ１０１のビームスプリッタキューブとオーバーラップ装置１０６は破線によって示され、限界面（limiting surfaces）はモノリシック光学素子内に組み込まれているが、しかし、光学的効果は有していない。光学的効果を有するのは、モノリシック光学素子２１０の部分ミラー付き内部表面２１２及び２１４である。
【０３０７】
従って、図９の実施形態では、図８の外形と全く同様に、入射面１５４はx-z面内にあり、出口面１５５はそれ対して垂直なx-y面内にある。
【０３０８】
明瞭性という理由から、物点１１２を有する物体１１０は図９には描かれていない。しかし、ビームスプリッタキューブとして実装されているビームスプリッタ１０１に衝突する物点１１２から発する中心光線１１４は識別することができる。
【０３０９】
ビームスプリッタ１０１による偏向なしで、第１光線偏向素子１７１と呼ばれるモノリシック光学素子２１０の一部において反射されるまで、負z軸（図９ｂを参照）に沿って進むことによって、第１中心光線１２０は中心光線１１４から生じる。反射後に、第１中心光線１２０は、第２光線偏向素子１７２と呼ばれるモノリシック光学素子２１０の一部に衝突する。この光路上では、第１中心光線１２０は部分ミラー付き内部表面２１４を通過する。そこから、第１中心光線１２０はオーバーラップ装置１０６に向かって偏向させられ、そこで、検出面１３１の方向に偏向させられる（図９ａを参照）。
【０３１０】
ビームスプリッタ１０１における第２インターフェロメータアーム１５２の第１光線偏向素子１８１と呼ばれる（図９ａを参照）モノリシック光学素子２１０の一部の方向への反射によって、第２中心光線１２１は中心光線１１４から生じる（図９ａを参照）。この光路上では、第２中心光線１２１は部分ミラー付き内部表面２１２を通過する。そこから、第２中心光線１２１は、第２光線偏向素子１８２と呼ばれるモノリシック光学素子２１０の別の部分に向かって反射させられる。そこから、次に、第２中心光線１２１はオーバーラップ装置１０６に向かって反射させられ、そこを偏向させられずに通過して、検出面１３１に衝突する。
【０３１１】
光線遮断器２１６は、第１インターフェロメータアーム１５０からの光が第２インターフェロメータアーム１５２に到達するのを防止する。
【符号の説明】
【０３１２】
１００ 三次元インターフェロメータ
１０１ ビームスプリッタ
１０６  オーバーラップ装置
１１０  物体
１１２  物点
１１４  中心光線
１１５  中心光線１１４ではないビーム１４０の光線
１１６  第３光線
１１７  第４光線
１２０  第１中心光線
１２１  第２中心光線
１２５  第１光線
１２６  第２光線
１３０  検出器
１３１  検出面
１３２  干渉域
１３３  中心像点
１３４  像点
１３５  像点１３３ではない像点
１５０  第１インターフェロメータアーム
１５２  第２インターフェロメータアーム
１５４  入射面
１５５  出口面
１７１  第１インターフェロメータアーム中の第１光線偏向素子
１７２  第１インターフェロメータアーム中の第２光線偏向素子
１８１  第２インターフェロメータアーム中の第１光線偏向素子
１８２  第２インターフェロメータアーム中の第２光線偏向素子
１９２  回折格子
２００  検出面上での第１電界の電界分布
２０２  検出面上での変換された第１電界の電界分布
２０４  検出面上での第２電界の電界分布
２１０  モノリシック光学素子
２１２  部分ミラー付き内部表面
２１４  部分ミラー付き内部表面
２１６  光線遮断器
2019510214.tif 000072
【図１】
2019510214.tif 000150
【図２】
2019510214.tif 000151
【図３】
2019510214.tif 000152
【図４】
2019510214.tif 000153
【図５】
2019510214.tif 000154
【図６】
2019510214.tif 000155
【図７】
2019510214.tif 000156
【図８】
2019510214.tif 000157
【図９】
2019510214.tif 000158
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月22日(2018.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１１０）によって作り出される光照射野を測定するための、特に、電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の決定、特に、電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の位相(Φ１ij，Φ２ij)若しくは位相(Φ１ij，Φ２ij)、及び、電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の強度若しくは絶対値の決定のための三次元インターフェロメータ（１００）であって、  第１ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第１インターフェロメータアーム（１５０）と、  第２ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第２インターフェロメータアーム（１５２）と、  前記物体（１１０）の物点（１１２）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に配置されたビームスプリッタ（１０１）であって、前記物点（１１２）から発する光ビームを前記ビームスプリッタ（１０１）で第１光ビームと第２光ビームとに分割するように構成されている前記ビームスプリッタ（１０１）と、  前記第１インターフェロメータアーム（１５０）と前記第２インターフェロメータアーム（１５２）の後に位置し、前記第１光ビームと前記第２光ビームがその干渉域（１３２）内で干渉するように構成されている検出面（１３１）または検出表面と、  前記検出面（１３１）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に位置するオーバーラップ装置（１０６）と、  を備え、  前記ビームスプリッタ（１０１）、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）、前記オーバーラップ装置（１０６）及び前記検出面（１３１）は、以下の(i)〜(iii)の条件、すなわち、    (i) 前記物体（１１０）の物点（１１２）に対して、物点（１１２）から発し、前記ビームスプリッタ（１０１）で第１中心光線（１２０）と第２中心光線（１２１）とに分割される正確に１つの中心光線（１１４）が存在し、    前記中心光線（１１４）は前記光ビームの一部であり、前記第１中心光線（１２０）は前記第１光ビームの一部であり、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜け、前記第２中心光線（１２１）は前記第２光ビームの一部であり、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜け、    前記第１中心光線（１２０）と前記第２中心光線（１２１）は前記検出面（１３１）上の前記干渉域（１３２）内の中心像点（１３３）でオーバーラップすること、    (ii) 前記物体（１１０）の前記物点（１１２）を離れ、前記光ビームの一部ではあるが前記中心光線（１１４）ではない各光線（１１５）について、前記ビームスプリッタ（１０１）で前記光線から分割されて、前記検出面（１３１）の異なる点（１３４、１３５）に衝突する、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜ける第１光線（１２５）と、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜ける第２光線（１２６）と、が存在すること、および、    (iii) 前記中心像点（１３３）ではない前記干渉域（１３２）の各像点（１３４）について、前記物点（１１２）から発し、前記中心光線（１１４）ではない第３光線（１１６）で���って、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）を通り抜け、前記検出面（１３１）上の前記像点（１３４）に衝突する前記第３光線（１１６）が正確に存在するとともに、    前記物点（１１２）から発し、前記ビームスプリッタの前では前記第３光線（１１６）ではなく、前記中心光線（１１４）ではない第４光線（１１７）であって、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）を通り抜け、前記検出面（１３１）上の前記像点（１３４）で前記第３光線（１１６）とオーバーラップする前記第４光線（１１７）が正確に存在し、    前記ビームスプリッタ（１０１）の前の前記第３光線（１１６）と前記第４光線（１１７）は前記光ビームの一部であること、  を充足するようにして構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である、  三次元インターフェロメータ（１００）。
【請求項２】
２つの干渉光線間の位相差(Ψ)、及び／又は、前記検出面（１３１）の前記干渉域（１３２）のすくなくとも像点（１３４）の１つに衝突する光線の位相(Φ)を測定するように構成された評価ユニット、をさらに備えた、  請求項１に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項３】
媒体内に記憶され、コンピュータに挿入可能で、請求項１２に記載の方法を実行可能である、及び／又は、  少なくとも１つの像点（１３４）における位相差(Ψij)、特に、検出面（１３１）の１点またはピクセル、すなわち、少なくとも１つの像点（１３４）で干渉する第１電界(Ｅ１ij)と第２電界(Ｅ２ij)間の干渉域（１３２）のピクセルグリッド(i, j)の１点またはピクセルにおける位相差(Ψij)を決定する方法であって、前記第１電界(Ｅ１ij)は第１インターフェロメータアーム（１５０）に由来し、前記第２電界(Ｅ２ij)は第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する当該方法を実行可能であるコンピュータ可読プログラム手段を含むコンピュータプログラム製品、をさらに備えた、  請求項１または２に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項４】
前記検出面（１３１）に検出器（１３０）、をさらに備えた、  請求項１〜３のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項５】
前記ビームスプリッタ（１０１）と前記オーバーラップ装置（１０６）の間の前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び／又は前記第２インターフェロメータアーム（１５２）は、少なくとも１つの光線偏向素子（１７１、１７２、１８１、１８２）を有する、  請求項１〜４のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項６】
前記ビームスプリッタ（１０１）の前では前記中心光線（１１４）であり、前記ビームスプリッタ（１０１）の後では前記第１中心光線（１２０）である第５光線であって、前記ビームスプリッタ（１０１）の直前の点と前記オーバーラップ装置（１０６）の直後の点の間でのみ考慮される前記第５光線と、  前記ビームスプリッタ（１０１）の前では前記中心光線であり、前記ビームスプリッタ（１０１）の後では前記第２中心光線（１２１）である第６光線であって、前記ビームスプリッタ（１０１）の直前の点と前記オーバーラップ装置（１０６）の直後の点の間でのみ考慮される前記第６光線と、  に対する光線偏向の合計が５、６または７回に等しくなるように、前記ビームスプリッタ（１０１）、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）、前記オーバーラップ装置（１０６）及び前記検出面（１３１）は構成または調整可能であり、好ましくは、そのように構成されている、  請求項１〜５のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項７】
前記ビームスプリッタ（１０１）の直後において前記第１中心光線（１２０）と前記第２中心光線（１２１）によって画定される入射面（１５４）と、前記オーバーラップ装置（１０６）の直前において前記第１中心光線（１２０）と前記第２中心光線（１２１）によって画定される出口面（１５５）とが等しくない、  請求項１〜６のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項８】
前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び／又は前記第２インターフェロメータアーム（１５２）は、対応するインターフェロメータアーム（１５０、１５２）の光路を変える装置を有する、  請求項１〜７のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項９】
前記第１光ビームから発する前記検出面上の既存の第１光照射野及び前記第２光ビームから発する前記検出面上の既存の第２光照射野の相対変位、相対伸縮、相対傾斜及び／又は相対回転のための装置をさらに備えた、  請求項１〜８のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）。
【請求項１０】
ホログラフィックカメラとしての請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータの使用。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）を使用することによって、少なくとも１つの像点（１３４）における位相差(Ψij)、特に、検出面（１３１）の１点またはピクセル、すなわち、少なくとも１つの像点（１３４）で干渉する第１電界(Ｅ１ij)と第２電界(Ｅ２ij)間の干渉域（１３２）のピクセルグリッド(i, j)の１点またはピクセルにおける位相差(Ψij)を決定する方法であって、前記第１電界(Ｅ１ij)は第１インターフェロメータアーム（１５０）に由来し、前記第２電界(Ｅ２ij)は第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する、方法。
【請求項１２】
三次元インターフェロメータ（１００）の、特に、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインターフェロメータ（１００）の検出面（１３１）上の干渉域（１３２）の一部において電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の位相を決定する方法であって、  前記干渉域（１３２）の一部分について、第１インターフェロメータアーム（１５０）に由来する第１電界(Ｅ１ij)と、第２インターフェロメータアーム（１５２）に由来する第２電界(Ｅ２ij)と、の強度または絶対値を決定するステップと、  前記干渉域（１３２）の前記部分について、方程式（Ａ）に従って干渉項(IF)を決定するステップと、  伝搬行列Ｕを決定するステップであって、ライリー・ゾンマーフェルト伝搬公式を使用可能であり、前記伝搬行列Ｕの成分が、前記干渉域の所与のピクセルグリッドについて、どのように添字i及びjを付けたピクセルにおける前記第１電界(Ｅ１ij)を、添字m及びnを付けたピクセルにおける前記第２電界(Ｅ２ij)に変換できるのかを示している、前記伝搬行列Ｕを決定するステップと、  前記干渉域（１３２）の前記部分について、複素数の前記第１電界(2019510214.tif 000159
)の後において方程式（Ｂ）を解くステップと、  を有する方法。【数１】
2019510214.tif 000160
【数２】
2019510214.tif 000161
式（Ａ）において、Ψijは、特に請求項１１に記載の方法を利用して決定可能な前記第１電界(Ｅ１ij)の位相(Φ１ij)と前記第２電界(Ｅ２ij)の位相(Φ２ij)の位相差である。
【請求項１３】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータにロードされた場合は、請求項１１または１２に記載の方法に対応する各ステップの実行に適合されているコード部分を含むコンピュータプログラム。
【請求項１４】
コンピュータに挿入可能な媒体内に格納されるコンピュータプログラム製品であって、請求項１１または１２に記載の方法をコンピュータが実行することを可能にするコンピュータ可読プログラム手段を含む、  コンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
物体（１１０）によって作り出される光照射野を測定するための、特に、電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の決定、特に、電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の位相(Φ１ij，Φ２ij)若しくは位相(Φ１ij，Φ２ij)、及び、電界(Ｅ１ij，Ｅ２ij)の強度若しくは絶対値の決定のための三次元インターフェロメータ（１００）であって、  第１ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第１インターフェロメータアーム（１５０）と、  第２ビームが内部を通過するように構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である第２インターフェロメータアーム（１５２）と、  前記物体（１１０）の物点（１１２）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に配置されたビームスプリッタ（１０１）であって、前記物点（１１２）から発する光ビームを前記ビームスプリッタ（１０１）で第１光ビームと第２光ビームとに分割するように構成されている前記ビームスプリッタ（１０１）と、  前記第１インターフェロメータアーム（１５０）と前記第２インターフェロメータアーム（１５２）の後に位置し、前記第１光ビームと前記第２光ビームがその干渉域（１３２）内で干渉するように構成されている検出面（１３１）または、検出表面と、  前記検出面（１３１）と、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）及び前記第２インターフェロメータアーム（１５２）と、の間に位置するオーバーラップ装置（１０６）と、  を備え、  前記ビームスプリッタ（１０１）、前記第１インターフェロメータアーム（１５０）、前記第２インターフェロメータアーム（１５２）、前記オーバーラップ装置（１０６）及び前記検出面（１３１）は、  前記第１光ビームに由来する前記検出面（１３１）上の前記干渉域（１３２）の部分領域における第１電界(Ｅ１ij)と、前記第２光ビームに由来する前記検出面（１３１）上の第２電界(Ｅ２ij)とが、投影マッピング(Ｐ)によって相互に転送可能であり、前記オーバーラップ領域（１３２）内での前記投影マッピング(Ｐ)は、中心像点（１３３）として示される正確に１つの固定点を有するようにして、構成または調整可能であり、特にそのように構成可能である、  三次元インターフェロメータ（１００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】  式(4)において、E1は、第１ビームから発生する検出面上の第１電界を表し、E2は、第２ビームから発生する検出面上の第２電界を表し、ΨはE1とE2間の位相差、IFは電界E1とE2間の干渉項である。電界がE1と呼ばれようと、E1と呼ばれようと、その電界は全く同一とする。添字i及びjを付けたピクセル位置xについては、式(4)に従ってピクセルグリッドが作られる。本発明に係る方法との関連における式(4)の詳細については、以下に記述する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４５】  第１中心光線１２０は第１インターフェロメータアーム１５０中の第２光線偏向素子１７２によって偏向させられ、第２中心光線１２１は第２インターフェロメータアーム１５２中の第２光線偏向素子１８２によってオーバーラップ装置１０６に向かって偏向させられる。そこから、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は検出器１３０の検出面１３１に向かって偏向させられる。上ですでに考察したように、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は、中心像点１３３と呼ばれる共通像点で交わる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５８】  第１条件は、ビームスプリッタ１０１、第１インターフェロメータアーム１５０、第２インターフェロメータアーム１５２、オーバーラップ装置１０６及び検出面が好ましくは、以下で述べるように構成または調整されている、ということである。すなわち、物体１１０の各物点１１２について、物点１１２から発する中心光線１１４が厳密には１つだけ存在し、ビームスプリッタ１０１で第１中心光線１２０と第２中心光線１２１に分割され、そして、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は干渉域１３２内の検出面１３１上の中心像点１３３でオーバーラップする。第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は検出面１３１上の中心像点１３３で交わり、しかも、２つの中心光線１２０、１２１の伝搬方向は同じではないことがわかる。これは「オーバーラップ装置」の定義に対応している。物点１１２が中心物点である例外的な場合については、第１中心光線１２０と第２中心光線１２１は中心像点１３３で同じ方向を有することになるため、この２つの中心光線は重畳することになる。しかし、図２の実施形態では、物点１１２が中心物点ではない一般的な場合が示されている。
【国際調査報告】
2019510214.tif 000162
2019510214.tif 000163
2019510214.tif 000164
2019510214.tif 000165